Đồ án Tình hình tổng quan về mạng thông tin di động GSM

Bộ giáo dục & đào tạo Trờng đại học bách khoa hà nội Khoa điện tử - viễn thông Đồ án tốt nghiệp Đề tài: - Tổng quan về mạng thông tin di động GSM - Hệ thống báo hiệu số 7 Giáo viên hớng dẫn : Bộ môn : Khoa : Sinh viên thực hiện : Lớp : Hà Nội: 12/ 2005 Lời nói đầu Đễ mỡ đầu cho việc tìm hiểu về mạng thông tin di động, trong những năm gần đây, Công nghệ thông tin đang đóng vai trò quan trọng đẩy nền kinh tế phát triển. Việc ứng dụng thông tin kết hợp với sự phát triển của công nghệ Điện tử - Tin học đã cho phép tạo ra các loại hình thông tin ngày càng phong phú, đa dạng và hiện đại hơn. Cùng với sự phát triển nh vủ bảo của mạng Viễn thông Quốc Tế, nghành Bu chính viễn thông cũng nh công nghệ thông tin của Việt Nam đã thâm nhập vào tất cả các lĩnh vực. Nó đã đạt đợc những kết quả quan trọng trong công việc hiện đại hoá mạng Viễn thông quốc gia. Đễ nhằm nâng cao hiểu biết về công nghệ thông tin trong lĩnh vực mạng Viễn thông. Em đã tìm hiểu và chọn đề tài "Thông tin di động GSM ".Ngày nay GSM (Global System for Mobile communication- hệ thống thông tin toàn cầu) với những u điểm nổi bật nh: dung lợng lớn, chất lợng kết nối tốt, tính bảo mật cao…đã có một chổ đứng vững chắc trên thị trờng Viễn thông Viềt Nam.Trong thời gian thực tập và làm đồ án tốt nghiệp dới sự hớng dẫn của các thầy cô giáo và sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo hớng dẫn tốt nghiệp thầy Đỗ Trọng Tuấn, em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp với nội dung chính nh sau: Tổng quan về mạng thông tin di động GSM. Hệ thống báo hiệu số 7 (CCS.7). Với thời gian và trình độ có hạn, nên bản đồ án không tránh khỏi những thiếu sót và nhợc điễm, em rất mong đợc sự chỉ dẫn và góp ý của thầy cô và các bạn. Cuối cùng cho phép em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy cô, đặc biệt là tới thầy giáo hớng dẫn tốt nghiệp Đỗ Trọng Tuấn nguời đã hớng dẫn em hoàn thành đồ án này. MụC LụC Phần I: Tổng quan về mạng thông tin di động GSM Chơng I: Giới thiệu mạng thông tin di động Lịch sử mạng thông tin di động. 4 1.2. Mạng thông tin di động GSM. 5 1.3. Hệ thống tổ ong. 6 1.3.1. Cấu trúc mạng GSM. 6 1.3.2. Cấu trúc địa lý mạng. 8 CHơNG II : tổng quan Hệ THốNG GSM. 10 2.1. Cấu trúc mạng. 10 2.2. Các khối chức năng. 11 2.2.1. Trạm di động : 11 2.2.2. Hệ thống trạm gốc BSS (Base Station System). 13 2.2.3. Hệ thống chuyển mạch SS . 16 2.2.4. Trung tâm khai thác và bảo dỡng OMC. 18 2.3.1. Các giao diện nội bộ mạng. 19 2.3.2. Các giao diện ngoại vi. 25 2.4. Các loại hình dịch vụ trong mạng GSM. 26 2.4.1. Dich vụ điện thoại. 26 2.4.2. dich vụ số liệu. 27 Chơng iii: các số nhận dạng trong mạng GSM. 28 3.1. số nhân dạng ISDN máy máy di động MSISDN. 28 3.2. Nhận dạng thê bao di động quốc tế IMSI. 29 3.3. Số chuyển vùng của thuê bao di động MSRN. 29 3.4. Số nhận dạng thuê bao di động tạm thời TMSI . 30 3.5. Số nhận dạng thiết bị máy di động quốc tế IMEI. 30 3.6.Nhận dạng vùng định vị LAI. 31 3.7. Nhận dạng ô toàn cầu CGI. 32 3.8. Mã nhận dạng trạm gốc BSIC. 32 3.9. Số nhận dạng thuê bao cục bộ LMSI. 33 3.10. Số chuyển giao HON. 33 Chơng iv: truyền sóng trong thông tin di động Gsm 34 4.1. Suy hao đờng truyền và pha đinh. 34 4.2. Các phơng pháp phòng ngừa suy hao truyền dẫn do pha đinh. 35 4.2.1. Phân tập anten. 35 4.2.2. Nhảy tần. 35 4.2.3.Mã hoá kênh. 36 4.2.4. Ghép xen. 37 4.3. Cấu trúc khung TDMA. 38 4.4. ứng dụng báo hiệu số 7. 39 4.5. Quá trình cuộc gọi và chuyển giao. 40 4.5.1. Một số trạng thái của trạm di động MS 40 4.5.2. Nhận thực và mật mã: 42 4.5.3. Nhận dạng ME: 43 4.5.4. Quá trình chuyển giao: 44 4.5.5. Quá trình cuộc gọi. 45 4.5.5.1. Cuộc gọi từ MS vào PSTN. 46 4.5.5.2. Cuộc gọi từ thuê bao cố định đến MS. 47 4.5.5.3. Giải phóng cuộc gọi. 49 Phần hai : Hệ THốNG BáO HIệU Số 7 (CCS.7) 50 CHƯƠNG: I TổNG QUAN CHUNG Về MạNG BáO HIệU 1.1.GiƠí thiệu: 50 1.1.1.Báo hiệu đường dây thuê bao. 51 1.1.2.Báo hiệu tổng đài. 51 1.2.Các chức năng của báo hiệu. 51 2.1. Hệ thống báo hiệu R - 2. 52 2.2. Báo hiệu đường. 53 2.3. Báo hiệu thanh ghi. 53 2.4.Nguyên lý truyền báo hiệu. 53 3.1. Hệ thống báo hiệu số 7 CCS 7:(Common Channel Signalling Number7) 54 3.2. Vai trò của hệ thống báo hiệu số 7 (CCS7). 55 3.3. Cấu trúc mạng báo hiệu số 7. 56 3.3.1. Điểm chuyển mạch dịch vụ SSP (Service Switching Point). 57 3.3.2. Điểm chuyển tiếp báo hiệu STP (Signalling Transfer Point). 58 3.3.3. Điểm điều khiển dịch vụ SCP (Service Control Point). 60 3.3.4. Các kiểu báo hiệu trong CCS7. 60 3.3.5. Các đường báo hiệu. 61 3.4. Sự tương ứng giữa CCS7 và mô hình OSI. 64 3.5. Cấu trúc phần truyền tải bản tin MTP. 65 3.6.1. Các chức năng đường truyền số liệu báo hiệu MTP - 1: 66 3.6.2. Các chức năng đừơng truyền báo hiệu MTP - 2: 67 3.6.3. Các chức năng đường truyền mạng báo hiệu lớp 3 MTP - 3. 71 3.7. Phần điều khiển và nối thông báo hiệu - SCCP. 75 3.7.1. Báo hiệu định hướng theo nối thông. 76 3.7.2. Báo hiệu không theo nối thông 77 3.7.3. Định tuyến và đánh địa chỉ SCCP. 77 3.8. Phần ứng dụng các khả năng giao dịch TCAP. 77 3.9. Phần ứng dụng di động MAP. 78 3.10. Phần ngời sử dụng TUP. 78 3.11. Phần ngời sử dụng mạng số liên kết đa dịch vụ ISUP. 80 Chơng II: báo hiệu trong GSM. 81 2.1. ứng dụng báo hiệu số 7 trong GSM. 81 2.2. Phần ứng dụng di động MAP. 82 2.3. Phần ứng dụng hệ thống trạm di động BSSAP. 83 2.3.1. Các bản tin BSSAP. 84 2.3.2. Các bản tin quản lý di động. 84 2.3.3. Các bản tin điều khiển đấu nối chế độ mạch điện. 85 2.4. Báo hiệu giữa MS và BTS. 86 2.5. Báo hiệu giữa BTS và BSC. 88 2.6. Báo hiệu giữa BSC và MSC (Giao diện A). 89 BảNG TRA CứU CáC CụM Từ VIếT TắT 91 CHươNG II : tổng quan Hệ THốNG GSM. 2.1. Cấu trúc mạng. ISDN AUC Hệ thống chuyểN mạch SS PLMN VLR HLR PSPDN EIR HLR MSC CSPDN OMC PSTN BSS TRAU Kết nối cuộc gọi và truyền dẫn tin tức Truyền dẫn tin tức BSC Hệ thống trạm gốc BTS MS Hình 2.1- Cấu trúc chung của hệ thống GSM OMC : Hệ thống khai thác và bảo dưỡng SS : Hệ thống chuyển mạch AUC : Trung tâm nhận thực VLR : Bộ ghi định vị tạm trú HLR :Bộ ghi định vị thường trú thiết bị EIR: Thanh ghi nhận dạng thiết bị MSC :Tổng đài di động BTS : Đài vô tuyến gốc BSS : Hệ thống trạm gốc MS : Máy di động BSC :Đài điều khiển trạm gốc ISDN: Mạng số liên kết đa dịch vụ PSPDN : Mạng chuyển mạch gói CSPDN : Mạng chuyển mạch Số công theo mạng cộng PSTN : Mạng chuyển mạch điện PLMN : Mạng di động mặt đất công thoại công cộng cộng 2.2. Các khối chức năng. 2.2.1.Trạm di động : 2.2.2.1. Chức năng và các loại MS : Trạm di động là một thiết bị đầu cuối di động, là phương tiện giữa người và mạng. MS có chức năng vô tuyến chung và chức năng sử lý để truy cập mạng qua giao diện vô tuyến. Sự lựa chọn thực hiện đối với các nhà sản xuất có thể khác nhau nhưng đều phải tạo ra mạch tổ hợp theo một giao tiếp chuẩn để MS có thể truy cập đến tất cả các mạng. MS thực hiện chức năng: Hiển thị số bị gọi. Chọn mạng PLMN. Hiển thị và xác nhận các thông tin nhắn. Máy di động MS gồm 2 thành phần: Thiết bị thu, phát, báo hiệu ME (mobile Equipment). Thanh ghi nhận dạng thiết bị EIR (Equipment Identity Register). 2.2.2.2. Thiết bị máy di động ME (mobile Equipment). ME có bộ phận đầy đủ phần cứng cần thiết để phối hợp với giao diện vô tuyến chung, cho phép MS có thể truy cập đến tất cả các mạng. ME có số nhận dạng là IMEI (International mobile Equipment Identity) nhờ kiểm tra IMEI này mà ME bị mất cắp sẽ không được phục vụ. Thuê bao thường chỉ tiếp xúc với ME mà thôi, có 3 loại ME chính: Loại gắn trên xe (lắp đặt trong xe, anten ngoài xe). Loại xách tay (Anten không được gắn trực tiếp trên thiết bị) Loại cầm tay (Anten được gắn trực tiếp trên thiết bị). Tuỳ theo công suất phát, ME có một số loại: 2.3.1. Các giao diện nội bộ mạng. PLMN AUC HLR VLR SS DDDD PSPDN CDDD EIR VLR Ngoại vi FDDD BDDBDDD CSPDN MSC A PSTN E OMCC Ngoại vi MS ISDN SSSDN BSC BSS Abits BTS Um Hình 2.3.1. Hệ thống các giao diện của mạng GSM 2.3.1.1. Giao diện vô tuyến Um (MS – BTS). Giao diện vô tuyến là giao diện giữ BTS và thiết bị thuê bao di động MS. Đây là giao diện quan trọng nhất của GSM, đồng thời nó quyết định lớn nhất đến chất lượng dịch vụ. Trong GSM, giao thức vô tuyến sử dụng phương thức phân kênh theo thời gian và phân kênh theo tần số: TDMA, FDMA, GSM sử dụng băng tần 900MHz và 1800MHz. ở đây ta xét GSM900. Mỗi kênh được đặc trưng bởi một tần số sóng mang gọi là kênh tần số RFCH cho mỗi hứơng thu phát, các tần số này cách nhau 200KHz. Tại mỗi tần số, TDMA lại chia thành 8 khe thời gian hay 8 khe thời gian được truyền bởi một sóng mạng. Trong tương lai khi ứng dụng GSM pha 2 hay tốc độ “Half-rate” Chương iii: các số nhận dạng trong mạng GSM. Toàn bộ mạng GSM được chia thành các vùng đánh số. Trong mỗi vùng có thể gọi đến bất kỳ thuê bao nào bằng cách quay số thuê bao. 3.1. số nhân dạng ISDN máy máy di động MSISDN (Mobile Station ISDN Number). Theo khuyến nghị của CCITT (nay là ITU-T), số điện thoại di động được gọi bao gồm các thành phần sau: NDC SN CC NDC SN CC Số di động quốc gia Số ISDN di động quốc tế MSISDN = CC + NDC + SN Hình 3.1. Cấu trúc MSISDN MSISDN = CC + NDC + SN Trong đó: CC : Mã nước (Contry Code). NDC : Mã nơi nhận quốc gia (National Destination Code). SN : Số thuê bao (Subcriber Number). Mỗi NDC được ấn định cho từng mạng di động GSM. Trong một số quốc gia có thể có nhiều hơn một cho mỗi mạng GSM. Số ISDN máy di động quốc tế có chiều dài thay đổi tuỳ vào mỗi quốc gia, chiều dài cực đại là 15 số. ơ Việt Nam, số thuê bao di động của GSM được cấu tạo như sau: Hà Nội MSISDN = 84 + 090xx + xxxxx TPHCM MSISDN =84 + 090xx + xxxxx Đà Nẵng MSISDN =84 + 09xx + xxxxx Trong đó: xxxxx là số nhận dạng thuê bao. 3.2. Nhận dạng thuê bao di động quốc tế IMSI (International Mobile Subcriber Identity). Để nhận dạng chính xác thuê bao trên đường truyền vô tuyến cũng như qua mạng GSM PLMN, một số nhận dạng cụ thể được ấn định cho một số thuê bao, số này được gọi là IMSI và được sử dụng cho toàn bộ báo hiệu trong mạng GSM. Số này được lưu giữ ở trong SIM, cả trong HLR (Home Location Register) đăng ký hệ thống và trong VLR (Visitor Location Register) mođun nhận dạng thuê bao đăng ký tạm thời. IMSI gồm 3 phần: Tối đa 11 số 3 số IMSI = MCC + MNC + MSIN 2số MCC MNC MSIN Hình 3.2. Cấu trúc IMSI IMSI = MCC + MNC + MSIN Trong đó: MCC: Mã nước có mạng GSM (Mobile Contry Code), 3 số. MNC: Mã mạng di động (Mobile network Code), 2 số. MSIN:Số nhận dạng máy di động (Mobile Station Identification Number) tôi đa 11 số. IMSI: Là thông số nhận dạng duy nhất một thuê bao di động thuộc mạng GSM. Theo khuyến nghị GSM, IMSI có độ dài cực đại 15 chữ số. 3.3. Số chuyển vùng của thuê bao di động MSRN (Mobile Station Roaming Number). Khi chuyển vùng HLR biết thuê bao di động thuộc vùng phục vụ MSC/VLR nào rồi. Để cung cấp số tạm thời cho việc định tuyến thì HLR yêu Chương II: báo hiệu trong GSM. 2.1. ứng dụng báo hiệu số 7 trong GSM. Mạng thông tin di động GSM sử dụng mạng báo hiệu số 7 và cải tiến của nó. Nên các giao thức trong mạng báo hiệu GSM được dựa trên mô hình 7 lớp của OSI. Sự tương ứng này được thể hiện trong hình sau: MS BSC BTS MSC MSC/VLR HLR,GMSC PSTN OSI OSI I S UP T U P CM CM TCAP MM MM Lớp7 MAP RR Lớp3 RR BSSAP Lớp4-6 BSSAP RR BTSM SCCP BTSM SCCP SCCP MTP lớp1 LAPDm LAPDm LAPD Lớp2 MTP lớp1 LAPD Lớp3 MTP lớp1 MTP lớp1 Báo hiệu Lớp 1 Lớp1 Báo hiệu Lớp 1 Báo hiệu Lớp 1 MTP lớp1 Báo hiệu Lớp 1 MTP lớp1 Lớp2 Lớp1 MTP lớp1 MTP lớp1 MTP lớp1 Radio A-bit A Hình 2.1. Mô hình báo hiệu GSM sắp xép theo OSI 7 lớp. Các ký hiệu: CC : Quản lý nối thông (Connection Management)H MM: Quản lý di động ( Mobility Management). RR : Quản lý tiềm năng vô tuyến ( Radio Resource Management). LAPD : Các thủ tục thâm nhập đường truyền ở kênh Dm ( Link Access Procedures on D- Channel). LAPD: Các thủ tục thâm nhập đường truyền ở kênh D. BSTM: Quản lý trạm gốc ( BTS Management). Phần I: Tổng quan về mạng thông tin di động GSM Chương I: Giới thiệu mạng thông tin di động 1.1 Lịch sử mạng thông tin di động. Để mở đầu cho việc tìm hiểu tổng quan về mạng thông tin di động, chúng ta cùng nhìn lại lịch sử phát triển của nghành thông tin liên lạc bằng vô tuyến. Năm 1873 sóng điện từ đã được Maxwell tìm ra nhưng mãi tới năm 1888 mới được Hertz chứng minh bằng cơ sở thực tiễn. Sau đó ít lâu Marcony chứng tỏ được sóng vô tuyến là một hiện tượng bức xạ điện từ. Từ đó ươc mơ lớn lao của con người về một điều kỳ diệu trong thông tin liên lạc không dây có cơ sở để trở thành hiện thực. Trải qua thời kỳ phát triển lâu dài, tới nay viêc thông tin liên lạc giữa các đối tượng với nhau bằng sóng vô tuyến đã được ứng dụng rộng rãi. Với kỹ thuật liên lạc này, mọi đối tượng thông tin đều có khả năng liên lạc được với nhau ở bất cứ điều kiện hoàn cảnh, địa hình hay bất cứ điều kiện khách quan nào. Trên cơ sở những ưu điểm của kỹ thuật liên lạc không dây mà kỹ thuật thông tin ra đời. Cùng với sự phát triển ngày càng cao của công nghệ điện tử và thông tin, mạng thông tin di động ngày càng phổ biến, giá cả phải chăng, độ tin cậy ngày càng cao. Thế hệ thứ nhất: Xuất hiện sau năm 1946, Với kỹ thuật FM (điều chế tần số) ở băng sóng 150 MHz, AT & T được cấp giấy phép cho điện thoại di động thực sự ở St.Louis. Năm 1948 một hệ thống đện thoại hoàn toàn tự động đầu tiên ra đời ở Richmond, Indiane. Là thế hệ thông tin di động tương tự sử dụng công nghệ truy cập phân chia theo tần số (TDMA) Tuy nhiên, hệ thống này không đáp ứng được nhu cầu ngày càng tăng trước hết về dung lượng. Mặt khác các tiêu chuẩn hệ thống không tương thích nhau làm cho sự chuyển giao không đủ rộng như mong muốn (ra ngoài quốc tế). Những vấn đề này đặt ra cho thế hệ thứ hai thông tin di động cellular phải giải quyết. Thế hệ thứ hai: Cùng với sự phát triển của Microprocssor đã mở cửa cho một hệ thống phức tạp hơn. Thay cho mô hình quảng bá với máy phát công suất lớn và anten cao là những cell có diện tích bé và công suất phát nhỏ hơn, đáp ứng được nhu cầu ngày càng tăng về dung lượng. Hệ thống sử dụng công nghệ đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) và phân chia theo mã (CDMA) mà đặc trưng là mạng GSM, EGSM, DS -1800. Thế hệ thứ ba: Bắt đầu những năm sau của thập kỷ 90 là kỹ thuật CDMA&TDMA cải tiến, đáp ứng được việc tăng tốc tốc độ truền và các dịch vụ trong mạng. 1.2. Mạng thông tin di động GSM. Từ đầu những năm 1980, sau khi các hệ thống NMT đã hoạt động một cách thành công thì nó biểu hiện một số hạn chế : Vì dung lượng thiết kế có hạn mà số thuê bao không ngừng tăng. Do đó hệ thống này không còn đáp ứng được nữa . Các hệ thống khác nhau đang hoạt động không thể phục vụ cho tất cả các thuê bao ở Châu Âu, nghĩa là thiết bị mạng NMT không thể thâm nhập vào mạng TACS và ngược lại. Nếu thiết kế một mạng lớn phục vụ cho toàn Châu Âu thì khó thực hiện được vì vốn đầu tư quá lớn. Vì vậy, để đáp ứng yêu cầu phạm vi sử dụng điện thoại di động được rộng rãi trên nhiều nước, cần phải có hệ thống chung. Tháng 12-1982, nhóm đặc biệt cho GSM ( Global System for Mobile Communication ) là thông tin di động toàn cầu được hội bưu chính và viễn thông Châu Âu CEPT (Confrence European Postal And Telecommunication Administration) tổ chức, đồng nhất hệ thống thông tin di động cho Châu Âu lấy dải tần 900MHz. Cho đến năm 1989, nhóm đặc biệt GSM này đã trở thành một uỷ ban đặc biệt của viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu ETSI (European Telecommunication standart Instute) và các khuyến nghị GSM 900MHz ra đời. GSM là tiêu chuẩn cho mạng thông tin di động mặt đất công cộng PLMN (Public Land Mobil Network), với dải tần làm việc (890-960)MHz. Đây là một tiêu chuẩn chung, điều đó có nghĩa là các thuê bao di động có thể sử dụng máy điện thoại của mình trên toàn châu âu. Giai đoạn một của tiêu chuẩn GSM được ETSI hoàn thành vào năm 1990. Nó liên quan tới các dịch vụ thông tin cơ bản (thoại, số liệu) và tốc độ thông tin “ Toàn tốc”, tín hiệu thoại tương tự đã được mã hoá với tốc độ 13 kb/s. Giai đoạn hai được hoàn thành vào năm 1994. Nó liên quan đến các dịch vụ viễn thông bổ sung vào tốc độ thông tin “ Bán tốc - Half rate” tín hiệu thoại tương tự được mã hoá với tốc độ 6,5 kb/s. Các chỉ tiêu phục vụ : Hệ thống được thiết kế sao cho thuê bao di động có thể hoạt động ở tất cả các nước có mạng GSM. Cùng với phục vụ thoại, hệ thống phải cho phép sự linh hoạt lớn nhất cho các loại dịch vụ khác liên quan tới mạng đa dịch vụ ISDN. Tạo một hệ thống có thể hoạt động cho các thuê bao trên tàu viễn dương như một mạng mở rộng của các dịch vụ di động mặt đất. Phải có chất lượng phục vụ ít nhất là tương đương với các hệ thống tương tự đang hoạt động. Hệ thống có khả năng mật mã thông tin người sử dụng để tránh sự can thiệp trái phép. Kế hoạch đánh số dựa trên khuyến nghị của CCITT. Hệ thống phải cho phép cấu trúc và tỷ lệ tính cước khác nhau khi được dùng ở các mạng khác nhau. Dùng hệ thông báo hiệu được tiêu chuẩn hoá quốc tế. Nếu MS di chuyển sang vùng định vị mới thì nó phải thông báo cho PLMN về vùng đinh vị mới mà nó đang ở đó. Khi có cuộc gọi đến MS thì thông báo gọi sẽ được phát trong vùng định vị mà MS đang ở đó. 1.3. Hệ thống tổ ong. 1.3.1. Cấu trúc mạng GSM. Mạng tổ ong GSM được cấu trúc từ những đơn vị nhỏ nhất là ô (cell). Trên sơ đồ địa lý qui hoạch mạng, cell có dạng tổ ong hình lục giác. Trong mỗi cell có một đài vô tuyến gốc BTS (Base Transceiver Station). BTS liên lạc vô tuyến với tất cả các máy thuê bao di đông MS (Mobile Station) có mặt trong cell. Dạng cell được minh họa như sau: Hình 1.3.1. Khái niệm về biên giới của cellular Sáu BTS bao quanh tạo thành các đường biên hình lục giác đều, biểu thị vùng phủ sóng của một cell. Khi MS di chuyển ra khỏi vùng đó, nó phải được chuyển giao để làm việc với BTS của một cell khác. Đặc điểm của cellular là việc sử dụng lại tần số và kích thước của mỗi cell khá nhỏ. Khoảng cách cell sử dụng Lại tần số Freq Group B Freq Group F Freq Group C Freq Group G Freq Group E Freq Group B Freq Group C Freq Group C Freq Group G Freq Group A1 Freq Group C Freq Group D1 Freq Group F Freq Group A2 Freq Group F Freq Group D2 Freq Group E Freq Group E Freq Group G Freq Group C Freq Group B Hình 1.3.a. Khái niệm về biên giới của cellular Kích thước của cell tuỳ thuộc vào số thuê bao trong vùng và cấu trúc địa lý của từng vùng. Do sự tăng trưởng lưu lượng không ngừng trong một cell nào đó dẫn đến chất lượng giảm sút quá mức. Để khắc phục hiện tượng này người ta tiến hành việc chia tách cell xét thành các cell nhỏ hơn. Với chúng người ta dùng công suất phát nhỏ hơn và mẫu sử dụng lại tần số được dùng ở tỷ lệ xích nhỏ hơn. Hình 1.3.b. Tăng dung lượng hệ thống bằng cách chia cell. Thông thường, các cuộc gọi có thể kết thúc trong một cell. Với hệ thống thộng tin di động cellular phải có khả năng điều khiển và chuyển mạch để cuộc gọi từ cell này sang cell khác mà không làm ảnh hưởng đến cuộc gọi. Điều này làm cho mạng di động có cấu trúc khác biệt với các mạng cố định. Mạng thông tin di động số cellular thực chất là mạng mặt đất công cộng PLMN (Public Land Mobile Network). PLMN cung cấp cho các thuê bao khả năng truy cập vào mạng thông tin di động toàn cầu từ MS đến MS. Do đặc tính di động cửa MS, mạng phải theo dõi MS liên tục để xác định MS hiện đang ở trong cell nào. Điều này được thực hiện bởi khái niệm vùng định vị LA (Location Area). Vùng định vị là một nhóm cell liên thông nhỏ hơn toàn bộ lãnh thổ mà PLMN quản lý. Khi MS di chuyển từ cell này sang cell khác trong cùng một vùng định vị thì MS không cần thông báo cho PLMN về vị trí hiện thời của mình. 1.3.2. Cấu trúc địa lý mạng. Mọi mạng điện thoại cần một cấu trúc nhất định để định tuyến các cuộc gọi vào tổng đài cần thiết và cuối cùng đến các thuê bao bị gọi. ở một mạng di động cấu trúc này rất quan trọng do tính lưu thông của các thuê bao trong mạng. Vùng phục vụ GSM (Các nước thành viên) Vùng phục vụ PLMN (Các vùng trong nước) Vùng phục vụ MSC Vùng phục vụ LA Hình.1.3.2. Hệ thống các vùng phủ sóng GSM *Vùng mạng:Tổng đài vô tuyến cổng (GMSC) điều khiển các đường truyền giữa mạng GSM/PLMN và mạng PSTN/ISDN khác hay các mạng PLMN khác sẽ ở mức tổng đài trung kế quốc gia hay quốc tế. Tất cả các cuộc gọi vào cho mạng GSM/PLMN sẽ được định tuyến đến một hay nhiều tổng đài vô tuyến cổng GMSC. GMSC làm việc như một tổng đài trung kế vào cho GSM/PLMN. Đây là nơi thực hiện chức năng hỏi định tuyến cuộc gọi cho các cuộc gọi kết cuối di động nó cho phép hệ thống định tuyến đến một tổng đài vô tuyến cổng GMSC. GMSC có chức năng hỏi định tuyến cuộc gọi. * Vùng phục vụ MSC/VLR: Vùng MSC là một bộ phận của mạng được một MSC quản lý. Để định tuyến một cuộc gọi đến một thuê bao di động, đường truyền qua mạng sẽ nối đến MSC ở vùng phục vụ MSC nơi thuê bao đang ở Một vùng mạng GSM/PLMN được chia thành một hay nhiều vùng phục vụ MSC/VLR. * Vùng định vị (LA-Location Area): Mỗi vùng phục vụ MSC/VLR được chia thành một số vùng định vị. Vùng định vị là một phần của vùng phục vụ MSC/VLR mà ở đó một trạm di động có thể chuyển động tự do mà không cần cập nhật thông tin về vị trí cho tổng đài MSC/VLR điều khiển vùng định vị này. Vùng định vị này là một vùng mà ở đó thông báo tìm gọi sẽ được phát quảng bá để tìm một thuê bao di động bị gọi. Vùng định vị có thể có một sô ô và phụ thuộc vào một hay vài BSC nhưng nó chỉ phụ thuộc một MSC/VLR. Hệ thống có thể nhận dạng vùng định vị bằng cách sử dụng nhận dạng vùng định vị (LAI - Location Area Identity). Vùng định vị được hệ thống sử dụng để tìm một Mobile Station đang ở trạng thái hoạt động * Ô (Cell): Vùng định vị được chia thành một số ô, là một vùng bao phủ vô tuyến được nhận dạng bằng nhận dạng ô toàn cầu (CGI - Cell Global Identity). Trạm di động tự nhận dạng một ô bằng cách sử dụng mã nhận dạng trạm gốc (BSIC - Base Station Identity Code). CHươNG II : tổng quan Hệ THốNG GSM. 2.1. Cấu trúc mạng. ISDN AUC Hệ thống chuyểN mạch SS PLMN VLR HLR PSPDN EIR HLR MSC CSPDN OMC PSTN BSS TRAU Kết nối cuộc gọi và truyền dẫn tin tức Truyền dẫn tin tức BSC Hệ thống trạm gốc BTS MS Hình 2.1- Cấu trúc chung của hệ thống GSM OMC : Hệ thống khai thác và bảo dưỡng SS : Hệ thống chuyển mạch AUC : Trung tâm nhận thực VLR : Bộ ghi định vị tạm trú HLR :Bộ ghi định vị thường trú thiết bị EIR: Thanh ghi nhận dạng thiết bị MSC :Tổng đài di động BTS : Đài vô tuyến gốc BSS : Hệ thống trạm gốc MS : Máy di động BSC :Đài điều khiển trạm gốc ISDN: Mạng số liên kết đa dịch vụ PSPDN : Mạng chuyển mạch gói CSPDN : Mạng chuyển mạch Số công theo mạng cộng PSTN : Mạng chuyển mạch điện PLMN : Mạng di động mặt đất công thoại công cộng cộng 2.2. Các khối chức năng. 2.2.1.Trạm di động : 2.2.2.1. Chức năng và các loại MS : Trạm di động là một thiết bị đầu cuối di động, là phương tiện giữa người và mạng. MS có chức năng vô tuyến chung và chức năng sử lý để truy cập mạng qua giao diện vô tuyến. Sự lựa chọn thực hiện đối với các nhà sản xuất có thể khác nhau nhưng đều phải tạo ra mạch tổ hợp theo một giao tiếp chuẩn để MS có thể truy cập đến tất cả các mạng. MS thực hiện chức năng: Hiển thị số bị gọi. Chọn mạng PLMN. Hiển thị và xác nhận các thông tin nhắn. Máy di động MS gồm 2 thành phần: Thiết bị thu, phát, báo hiệu ME (mobile Equipment). Thanh ghi nhận dạng thiết bị EIR (Equipment Identity Register). 2.2.2.2. Thiết bị máy di động ME (mobile Equipment). ME có bộ phận đầy đủ phần cứng cần thiết để phối hợp với giao diện vô tuyến chung, cho phép MS có thể truy cập đến tất cả các mạng. ME có số nhận dạng là IMEI (International mobile Equipment Identity) nhờ kiểm tra IMEI này mà ME bị mất cắp sẽ không được phục vụ. Thuê bao thường chỉ tiếp xúc với ME mà thôi, có 3 loại ME chính: Loại gắn trên xe (lắp đặt trong xe, anten ngoài xe). Loại xách tay (Anten không được gắn trực tiếp trên thiết bị) Loại cầm tay (Anten được gắn trực tiếp trên thiết bị). Tuỳ theo công suất phát, ME có một số loại: Loại Công suất phát Độ nhạy máy thu 1 20W(không dùng) -104 dBm 2 8W (39 dBm) -104 dBm 3 5W (37 dBm) -104 dBm 4 2W (33dBm) -102 dBm 5 0,8W (29 dBm ) -102 dBm Hình 2.2. Bảng phân loại các loại ME. 2.2.2 .3. Modul nhận dạng thuê bao SIM (Subcriber Identity Module). SIM là một cái khoá cho phép MS được dùng. Nhưng đó là cái khoá vạn năng. Dùng để nhận dạng thuê bao và tin tức về dịch vụ mà thuê bao đăng ký. Số nhận dạng thuê bao di động quốc tế IMSI là duy nhất và trong suốt quá trình người dùng GSM thiết lập đường truyền và tính cước dựa vào IMSI. SIM cũng có phần cứng, phần mềm cần thiết với bộ nhớ lưu trữ 2 loại tin tức: Tin tức có thể đọc hoặc thay đổi bởi người dùng và tin tức không thể và không cần cho người sử dụng biết. Các thông số trong SIM được bảo vệ, Ki không thể đọc, IMSI không thể sửa đổi. Một số thông số khác trong SIM cần được cập nhật : LAI. SIM được thiết kế để không thể làm giả. Người dùng có thể sử dụng mật khẩu riêng PIN (personal Identity Namber) để phòng người khác dùng SIM phi pháp. Ngoài ra SIM còn chứa thông tin tính cước và thực hiện thuật toán nhận thực. SIM : Module nhận dạng thuê bao chứa một số thông tin như : Số nhận dạng thuê bao di động quốc tế IMSI (International Mobile Subcriber Identity). Để nhận dạng thuê bao được truyền khi khởi tạo. IMSI không thể sửa đổi. Số nhận dạng thuê bao di động tạm thời TMSI (Temporary Mobile subcriber Identity). Quản lý việc thay đổi TMSI để thuê bao không bị theo dõi ở giao diện vô tuyến. Số nhận dạng vùng định vị LAI (Location Area Identity). Khoá nhận thực thuê bao Ki. Để nhận thực SIM card. Ki không thể đọc được. Số điện thoại của thuê bao di động MSISDN (Mobile Station ISDN) MSISDN = Mã quốc gia + Mã vùng + Mã thuê bao. - Các thông số của SIM được bảo vệ. 2.2.2. Hệ thống trạm gốc BSS (Base Station System). BSS thực hiện giám sát các đường ghép nối vô tuyến, thực hiện đấu nối các MS với tổng đài và nhờ vậy đấu nối những người dùng trạm di động với người dùng viễn thông khác. BSS thực hiện : Điều khiển sự thay đổi tần số vô tuyến của đường ghép nối với sự thay đổi công suất. Phát vô tuyến. Mã hoá kênh và mã hoá thoại, phối hợp tốc độ truyền tin. Quản lý chuyển giao (Handover). Bảo mật kênh vô tuyến. Hệ thống trạm gốc BSS bao gồm 3 phần chính : Trạm thu phát BTS. Phân hệ điều khiển trạm gốc BSC. Bộ chuyển đổi mã và thích ứng tốc độ TRAU. Hệ thống chuyển mạch mạng NSS (Network Switching System) Các phần này được liên kết với nhau và được nối với MSC qua đường truyền 2Mbp. NSS Đường truyền 2,048Mbps theo chuẩn G703 TRAU Chuyển đổi thoại 13Kbps---64Kpbs Thích ứng tốc độ số liệu Điều khiển BTS Khởi đầu các liên kết kênh Điều khiển chuyển giao trong và giữa các BTS Nối với MSC,BTS và OSC BSC Sóng mang vô tuyến TX và RX Sắp xếp kênh vật lý Mã hoá kênh Bảo mật kênh BTS MS Hình 2.2.2- Hệ thống trạm gốc BSS 2.2.2.1. Trạm thu phát vô tuyến BTS (Base Tranceiver Station). Là thiết bị trung gian giữa mạng GSM và máy di động MS, BTS cung cấp các chức năng thu, phát trao đổi thông tin với MS qua giao diện vô tuyến. Một BTS phủ sóng cho một (hay một số) khu vực nhất định gọi là ô (cell). BTS có thể chứa một hay một số máy thu phát vô tuyến TRX (Tranceiver ). BTS thực hiện các chức năng : Phát quảng bá thông tin hệ thống trên BCCH dưới sự điều khiển của BSC. Phát các thông tin tìm gọi trên CCCH. ấn định các kênh DCCH dưới sự điều khiển của BSC. Quản lý tín hiệu thu phát thông tin trên các kênh vật lý. Mã hoá ghép kênh và giải mã. Điều khiển công suất. Đo chất lượng. Bảo dưỡng. 2.2.2.2. Bộ điều khiển trạm gốc BSC (Base Station Controller). BSC được dùng để điều khiển các BTS. Số lượng BTS này có thể khác nhau giữa các nhà sản xuất và có thể bị giới hạn bởi dung lượng, lưu lượng của mỗi BTS hơn là các nhân tố khác. BSC chứa các chức năng chuyển mạch động và hoạt động như một điểm tập trung giữa mạng vô tuyến và MSC. BSC thực hiện các chức năng : Quản lý vô tuyến. Quản lý vô tuyến chính là quản lý các ô và các kênh logic của chúng. Các số liệu quản lý như : Lưu lượng thông tin ở một ô, môi trường vô tuyến, số lượng cuộc gọi bị mất, số lần chuyển giao thành công hay thất bại. Đáp ứng số thuê bao ngày càng tăng BSC phải được thiết kế sao cho dễ dàng tổ chức lại cấu hình để có thể quản lý được số lượng kênh vô tuyến ngày càng tăng và tăng được hiệu quả sử dụng của lưu lượng vô tuyến cho phép. Quản lý trạm vô tuyến gốc: Trước khi đưa vào khai thác, BSC lập cấu hình của BTS (Số máy thu phát TRX, tần số cho mỗi trạm) Nhờ việc quản lý này mà BSC có sẵn một tập các kênh dành cho điều khiển và nối thông cuộc gọi. Điều khiển nối thông cuộc gọi: BSC chịu trách nhiệm thiết lập và giải phóng các đầu nối tới máy di động. Trong quá trình gọi, sự đấu nối được BSC giám sát. Cường độ tín hiệu, chất lượng cuộc nối đo được ở máy di động và ở máy thu phát được đưa tới BSC, dựa vào đó BSC quyết định công suất phát tốt nhất của trạm di động (MS) và trạm thu phát (TRX) để giảm nhiễu và tăng chất lượng cuộc gọi. BSC cũng điều khiển quá trình chuyển giao dựa vào các kết quả đo được ở trên để chuyển giao MS sang ô khác, đạt chất lượng cuộc gọi tốt hơn. Trong trường hợp chuyển giao sang ô của một BSC khác thì nó phải nhờ sự giúp đỡ của MSC. Bên cạnh đó, BSC có thể điều khiển chuyển giao giữa các kênh trong một ô hoặc sang kênh ở ô khác trong trường hợp ô này bị nghẽn nhiều. Quản lý mạng truyền dẫn: BSC có chức năng quản lý cấu hình các đường truyền dẫn tới MSC và BTS để đảm bảo chất lượng thông tin. Trong trường hợp xảy ra sự cố ở một tuyến nào đó thì BSC sẽ điều khiển chuyển mạch sang một tuyến dự phòng. Nhà khai thác có thể từ trung tâm bảo dưỡng (OMC) nạp phần mềm mới và dữ liệu xuống BSC để thực hiện các chức năng khai thác và bảo dưỡng hiển thị cấu hình của BSC. 2.2.2.3. Bộ chuyển đổi mã và thích ứng tốc độ TRAU ( Transcode Rate Adaption Unit) Để đảm bảo bề rộng của dải tần, tiếng qua giao diện vô tuyến của GSM được mã hoá với tốc độ 13Kbps nhờ việc sử dụng bộ mã hoá dự đoán tuyến tính LPC (Linear Prediction Code) Trong mạng GSM, MSC kết nối với tổng đài ISDN hoạt động trên các mạch tốc độ 64Kbs. Bởi vậy cần phải có sự chuyển đổi giữa tốc độ 13Kbs (LPC) và tốc độ 64Kbs (PCM) trong mạng GSM giữa MS và MSC. Việc chuyển đổi này thực hiện nhờ bộ chuyển đổi mã và thích ứng tốc độ TRAU. Chức năng thích ứng tốc độ đáp ứng tốc độ truyền dữ liệu là 9,6Kbps và thấp hơn. Sau đó nó được chuyển thành tốc độ 64Kbps để truyền qua MSC. Về nguyên tắc thì TRAU là một bộ phận của BSS nhưng thường thì nó đặt ở xa BSC và được đặt cùng với MSC. 2.2.3. Hệ thống chuyển mạch SS (Switching System). Hệ thống chuyển mạch bao gồm các chức năng chuyển mạch chính của GSM cũng như các dữ liệu cần thiết cho số liệu thuê bao và quản lý di động của thuê bao. Chức năng chính của SS là quản lý trao đổi thông tin giữa những người sử dụng mạng GSM với nhau và người dùng mạng viễn thông khác. 2.2.3.1. Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động MSC (Mobile Servise Switching Center). MSC là một tổng đài thông thường, nhiệm vụ chính của MSC là điều phối và thiết lập cuộc gọi đến những người sử dụng mạng GSM. Một mặt MSC giao tiếp với BSS mặt khác giao tiếp với mạng ngoài đòi hỏi cổng thích ứng giao thức với các bộ định vị HLR, VLR để đảm bảo thông tin cho những người sử dụng mạng. MSC có giao diện với tất cả các phần tử thuộc mạng (VLR, HLR, AVC) và với các mạng khác PSTN, ISDN. 2.2.3.2. Bộ ghi định vị thường trú HLR (Home Location Register). Bộ ghi định vị thường trú HLR là một cơ sở dữ liệu quan trọng ở GSM. Nó lưu trữ thông tin vĩmh cửu và thông tin tạm thời, như định vị MS nhận dạng thuê bao, các dịch vụ số liệu tính cước về thuê bao đăng ký trong mạng như: Số hiệu nhận dạng thuê bao IMSI, MSISDN. Các dịch vụ được quyền sử dụng của thuê bao. Số hiệu nhận dạng VLR hiện MS đang truyền về VLR đó. Trạng thái của thuê bao đăng ký. Lưu số nhận dạng chuyển giao MSRN (Mobile Subcriber Roaming Number). 2.2.3.3. Bộ ghi định vị tạm trú VLR (Visiter Location Regiter). Bộ ghi định vị tạm trú được kết hợp trong phần cứng của MSC. VLR lưu giữ tạm thời số liệu thuê bao của các thuê bao hiện đang nằm trong vùng phục vụ của MSC tương ứng, đồng thời lưu giữ về vị trí của các thuê bao nói trên ở mức độ chính xác hơn HLR. Khi MS di chuyển vào vùng quản lý của MSC thì thông tin định vị thuê bao được cập nhật vào VLR của vùng đó như: Nhận dạng vùng định vị LAI. Trạng thái bận hay rỗi của thuê bao. Số chuyển giao MSRN. Số nhận tạm thời TMSI. 2.2.3.4. Trung tâm nhận thực AUC. Trung tâm nhận thực có chức năng cung cấp cho HLR các thông số nhận thực và các khoá mật mã tạo ra 3 bộ mã khoá nhận thực cho từng thuê bao: Mật khẩu SRES. Khoá mật mã Ki. Số ngẫu nhiên RAND. Khi đăng ký thuê bao, khoá nhận dạng thực Ki cùng với IMSI được dành riêng cho thuê bao này và được lưu giữ ở trung tâm nhận thực AUC để cung cấp bộ 3 mã hoá. Trong quá trình khởi tạo cuộc gọi, hệ thống sử dụng bộ 3 mã khoá nhận thực để xác định quyền truy cập vào hệ thống của thuê bao. 2.2.3.5. Thanh ghi nhận dạng thiết bị EIR (Equipment Identification Regiter) Thanh ghi nhận dạng thiết bị bảo vệ mạng PLMN khỏi sự truy cập mạng của những thuê bao trái phép bằng cách so sánh số IMEI của thuê bao gửi tới khi thiết lập thông tin với số IMEI lưu giữ trong EIR. Nếu không đúng, thì thuê bao không được truyền truy nhập mạng. Thuê bao được phân loại 1 trong 3 danh sách sau: Danh sách trắng ( White List ) : Bất kỳ thuê bao nào có danh sách trắng thì được truy cập vào mạng mà sử dụng dich vụ mà mình đăng ký. Danh sách xám (Gray List ) : Những thuê bao truy cập có danh sách xám thì phải kiểm tra. Danh sách đen (Black List) : Tất cả các thuê bao có danh sách đen đều không được truy cập vào mạng. 2.2.4. Trung tâm khai thác và bảo dưỡng OMC (Operation and Maintenance Center ). OMC bao gồm phần vô tuyến (OMC-R) và phần chuyển mạch (OMC-S), là một mạng máy tính cục bộ LAN sử dụng hệ điều hành UNIX và các phần mềm ứng dụng cho GSM. Hệ thống này cùng với các phần tử khác của mạng như: MSC,VLR, qua giao diện X25 nhằm giám sát, điều hành, bảo dưỡng mạng và quản lý thuê bao một cách tập trung, Hệ thống này là nơi cung cấp thông tin quan trong cho việc thiết lập kế hoạch xây dựng và mở rộng mạng. 2.3.1. Các giao diện nội bộ mạng. PLMN AUC HLR VLR SS DDDD PSPDN CDDD EIR VLR Ngoại vi FDDD BDDBDDD CSPDN MSC A PSTN E OMCC Ngoại vi MS ISDN SSSDN BSC BSS Abits BTS Um Hình 2.3.1. Hệ thống các giao diện của mạng GSM 2.3.1.1. Giao diện vô tuyến Um (MS – BTS). Giao diện vô tuyến là giao diện giữ BTS và thiết bị thuê bao di động MS. Đây là giao diện quan trọng nhất của GSM, đồng thời nó quyết định lớn nhất đến chất lượng dịch vụ. Trong GSM, giao thức vô tuyến sử dụng phương thức phân kênh theo thời gian và phân kênh theo tần số: TDMA, FDMA, GSM sử dụng băng tần 900MHz và 1800MHz. ở đây ta xét GSM900. Mỗi kênh được đặc trưng bởi một tần số sóng mang gọi là kênh tần số RFCH cho mỗi hứơng thu phát, các tần số này cách nhau 200KHz. Tại mỗi tần số, TDMA lại chia thành 8 khe thời gian hay 8 khe thời gian được truyền bởi một sóng mạng. Trong tương lai khi ứng dụng GSM pha 2 hay tốc độ “Half-rate” (bán tốc) thì số khe sẽ là 16. Trong GSM900, mỗi kênh vật lý là một khe thời gian ở một sóng mang vô tuyến được chỉ định 935MHz 960MHz 890MHz 915MHz Đường xuống Đường lên 45MHz Dải thông tần một kênh vật lý là 200KHz, dải tần ở biên cũng rộng 200KHz. Với GSM900 có 124 kênh tần số RFCH (890 á 915)Mhz cho đường lên và RFCH (935 á 960)Mhz cho đường xuống. Ta có thể tính được tần số trung tâm cho đường lên và đường xuống ở mỗi dải theo công thức sau: Đường lên: FL(n) =890 + 0,2.n ( MHz) Đường xuống: FU(n) = FL(n) + 45MHz ( MHz) Trong đó n là số lượng dải thông tần 1 Ê n Ê 124. Mỗi kênh vật lý chứa một cặp kênh tần số RFCH cho mỗi hướng thu, phát. Một kênh được dùng để truyền một nhóm kênh nhất định thông tin được gọi là kênh logic. Mỗi kênh vật lý có thể gán cho một hoặc một số kênh logic. Kênh logic được phân thành 2 loại: Kênh lưu lượng TCH (Trafic Channel) và kênh điều khiển CCH (Control Channel). Kênh lưu lượng TCH mang thông tin thoại hoặc số liệu. Có 2 loại kênh lưu lượng: Kênh toàn tốc TCH/F: 22,8Kb/s. Kênh bán tốc TCH/H:11,4Kb/s. Kênh điều khiển CCH được dùng để truyền các thông tin quản lý giao diện Um (truyền kết quả đo cường độ trường từ MS đến BTS) hoặc các gói số liệu (như dịch vụ bản tin ngắn SMS: (Short Message Service). Kênh điều khiển có 3 loại: Kênh điều khiển quảng bá BCCH (Broadcast Control Channel). Kênh điều khiển chung CCCH (Common Control Channel). Kênh điều khiển chuyên dụng DCCH (Dedicate Control Channel). Kênh điều khiển quảng bá BCCH: Phát thông tin quảng bá liên quan đến vùng định vị và các thông tin về hệ thống. BCCH chỉ dùng cho tuyến xuống(BTSđ MS): Kênh hiệu chỉnh tần số FCCH (Frequency Correction Channel): Hiệu chỉnh tần số trong MS với tần số hệ thống (BTSđ MS). Kênh đồng bộ SCH (Synchronous Channel): SCH mang thông tin đồng bộ khung TDMA giữa MS với tần số hệ thống. MS luôn luôn đo đạc cường độ trường ở 6 cell lân cận để thông báo về hệ thống thông qua kênh FACCH. Các thông tin đồng bộ được lưu trữ để khi MS chuyển giao sang cell khác thì nó được tái đồng bộ. Kênh điều khiển chung CCCH: Bao gồm các kênh phục vụ cho quá trình thiết lập cuộc gọi hoặc tìm gọi cũng như quảng bá các bản tin trong tế bào. CCCH làm việc cho cả hướng lên và hướng xuống: Kênh điều khiển truy cập ngẫu nhiên RACH (Random Access Channel) MS dùng để truy cập và hệ thống để yêu cầu một kênh dành riêng SDCCH. Kênh tìm gọi PCH (Paging Channel): Mang thông tin để xác định một MS trong vùng định vị thông qua số nhận dạng IMSI để tìm trạm di động. Kênh cho phép truy nhập AGCH (Access Grant Channel): Chỉ được dùng ở đườnng xuống. AGCH được dùng để gán tài nguyên để chỉ định một kênh dành riêng SDCCH cho MS. Kênh quảng bá cell CBCH (Cell Broadcast Channel): CBCH được dùng để truyền bản tin quảng bá tới tất cả MS trong ô (cell) như thông tin về lưu lượng, sử dụng kênh vật lý như kênh SDCCH. Kênh điều khiển chuyên dụng DCCH: DCCH được gán cho MS để thiết lập cuộc gọi và hợp thức hoá thuê bao. DCCH bao gồm : Kênh điều khiển chuyên dụng đơn lẻ SDCCH: (Stand alone Dedicate Channel): Dùng cho cả hướng lên và hướng xuống, phục vụ cập nhật và quá trình thiết lập cuộc gọi trước khi một kênh lưu lượng TCH được chỉ định. Kênh điều khiển liên kết chậm SACCH (Slow Assocated Control Channel): Mỗi kênh SACCH liên kết với một kênh SDCCH hoặc một kênh TCH để mang thông tin về điều khiển công suất hoặc chỉ thị cường độ trường thu được. Kênh điều khiển liên kết nhanh FACCH (Fast ACCH): FACCH mang thông tin về cập nhật hoặc chuyển giao, FACCH liên kết nhanh với TCH ở chế độ lấy cắp “Stealing mode”. Bằng cách thay đổi lưu lượng tiếng hay số liệu bằng báo hiệu. Phương thức báo hiệu trên giao diện vô tuyến sử dụng giao thức lớp 2 trong mô hình OSI là LAPDm không có chức năng báo hiệu, sửa sai, bản tin LAPDm phải đặt vừa vào các cụm. Còn lớp 3 (Lớp ứng dụng), giao thức được phân thành nhiều loại tuỳ thuộc vào chức năng mạng: 2.3.1.2. Giao diện AbitS để điều khiển BTS (BSC----BTS) AbitS là giao diện giữa BTS và BSC, đặt cách xa trên 10m (cấu hình đặt xa) được sử dụng để trao đổi thông tin tức thuê bao (thoại, số liệu,) và thông tin điều khiển (đồng bộ). AbitS sử dụng đường truyền chuẩn PCM32 (2Mb/s) với mã sửa sai CRC4 của CCITT, G732. Giao thức báo hiệu theo chuẩn CCITT là LAPD. 2.3.1.3. Giao diện A (BSC----MSC) Giao diện A là giao diện giữa BSC và MSC qua bộ chuyển đổi mã TRAU có thể được gắn liền hay tách rời với BSC. Cũng giống như giao diện AbitS, giao diện A sử dụng các luồng chuẩn PCM32 (2Mb/s) với mã sửa sai CRC4 của CCITT, G703, báo hiệu trên giao diện là CCS7. Các hệ thống có TRAU đặt tại BSC thì kênh lưu lượng tới MSC là 64kb/s. Quản lý tài nguyên vô tuyến RR (Radio Resource Menagement): Xử lý việc thiết lập, duy trì, kết thúc cuộc nối của dịch vụ di động. Quản lý di động MM ( Mobile Menagement): Nhiệm vụ chính của quản lý di động MM là thực hiện nhận thực và cập nhật vị trí, cấp phát lại TMSI và bảo mật của trạm di động Quản lý nối thông CM (Interconnection Menagement): Quản lý nối thông là lớp con cao nhất trong các lớp con ở lớp 3. Việc này trao đổi các mẩu tin giữa mạng với thuê bao chủ gọi cũng như thuê bao bị gọi được sử lý ở lớp con này. Quản lý nối thông được chia thành 3 phần: + Điều khiển cuộc gọi (Call Control). + Hỗ trợ các dịch vụ đặc thù SSS (Subplementery Service Support). + Dịch vụ bản tin ngắn SMS (Short Messsage Service). 2.3.1.4. Giao diện B (MSC----VLR) Giao diện B là giao diện giữa MSC----VLR đã được tiêu chuẩn hoá cho GSM phase 1. Thuê bao, các tham số quanh việc chuyển giao, số nhận dạng của thuê bao vãng lai và các số liệu cần trao đổi giữa tổng đài và thuê bao trong cùng thời gian nối mạch. Hiện nay các hãng đều chế tạo VLR và MSC vào chung một thiết bị cho nên. Giao diện này sử dụng số liệu giữa MSC và VLR như các số liệu về quyền truy cập mạng diện này không còn quan trọng nữa. 2.3.1.5. Giao diện C (MSC----HLR) Giao diện này sử dụng báo hiệu số 7 CCS7. MSC sử dụng giao diện này để truy nhập HLR để lấy số liệu trong các trường hợp như: Số thuê bao di động vãng lai MSRN khi có cuộc gọi từ mạng cố định vào mạng di động qua GMSC (Gate MSC). Thông tin định tuyến HLR tới GMSC khi có cuộc gọi từ mạng cố định vào mạng di động. 2.3.1.6. Giao diện D (VLR ----HLR) Giao diện D sử dụng báo hiệu số 7, CCS7 để trao đổi số liệu về các thuê bao di động giữa các cơ sở dữ liệu của VLR và HLR: Các tham số về tài nguyên truy cập mạng của thuê bao. Tái thiết lập lại số liệu của thuê bao trong VLR khi cần thiết. Thiết lập mới số liệu về thuê bao cho VLR khi thuê bao di chuyển sang vùng phục vụ của tổng đài khác. Khi có cuộc gọi từ mạng cố định vào mạng GSM thì HLR sẽ chuyển các yêu cầu của GMSC về MSRN cho VLR. Thiết lập mới số liệu của thuê bao cho VLR khi thuê bao chuyển từ vùng phục vụ của tổng đài khác tới. Xử lý và lưu trữ các thông tin về dịch vụ bổ xung (Supplementery Service) khi có thuê bao nào đó yêu cầu. 2.3.1.7. Giao diện E (MSC----MSC) Là giao diện giữa các tổng đài trong mạng GSM. Giao diện E được dùng để thiết lập các cuộc nối giữ các thuê bao thuộc vùng kiểm soát của các tổng đài khác nhau. Giao diện này sử dụng các luồng PCM32 (2Mb/s) cùng các kênh CCS7 để thực hiện các chức năng: Di chuyển cuộc nối từ MSC này sang MSC khác khi mạch đang được nối cho thuê bao thực hiện cuộc gọi và đang di chuyển, được gọi là ”Handover” hoặc “Roaming”. Trao đổi các thông tin điều khiển cuộc gọi giữa MSC và thuê bao khi xẩy ra Handover. Thiết lập hay huỷ cuộc nối từ MSC này sang MSC khác. 2.3.1.8. Giao diện F (EIR----MSC) Giao diện này sử dụng CCS7 để trao đổi số liệu về nhận dạng thiết bị thuê bao vãng lai. IMEI (International Mobil Equiment Indentity) với cơ sở dữ liệu đã được ghi sẵn trong bộ ghi nhận dạng thiết bị của mạng EIR (Equiment Identification Register) khi cần kiểm tra các thuê bao di động. 2.3.1.9. Giao diện G ( VLR – VLR ) Giao diện G là giao diện giữa các VLR với nhau. Giao diện này được sử dụng để trao đổi số liệu về thuê bao di động trong quá trình thiết lập và lưu giữ “ hộ khẩu tạm trú” của các thuê bao đó. Giao diện G xử dụng CCS7 để trao đổi thông tin: Gửi các yêu cầu về IMSI (International Mobile Subcriber Indentity) từ VLR cũ sang VLR mới. Gửi các yêu cầu về tham số quyền truy nhập thuê bao từ VLR này sang VLR khác khi thuê bao đang di chuyển khỏi khu vực của MSC này sang MSC khác. 2.3.1.10. Các giao diện nội bộ khác. Ngoài các giao diện trên, trong nội bộ mạng GSM còn có các giao diện khác như: Giao diện H (HLR ---AUC). Nhưng hai bộ phận này thường được thiết kế trên cùng một thiết bị nên giao diện H không có chuẩn riêng. Giao diện M giữa BSC và TRAU qua giao diện này TRAU sẽ chuyển đổi các kênh lưu lượng từ BSC với tốc độ 16 Kbps thành 64Kbps và ngược lại. Giao diện T giữa BSC và bàn điều hành cục bộ LMT ( Local Maintenance Terminal) thông thường sử dụng giao thức X25. LMT thường là một máy PC chuyên dụng. 2.3.2. Các giao diện ngoại vi. 2.3.2.1. Giao diện với OMC. Đây là giao diện giữa OMC và các phần tử của mạng như MSC, VLR, HLR, AUC, BSC…do chức năng của BSS và NSS khác nhau nên các OMC hiện nay được thiết kế riêng cho từng phần hệ thống. Tuy nhiên trong tương lai có thể cả mạng sẽ có một MSC duy nhất. Giao diện này nhằm mục đích điều hành, khai thác và bảo dưỡng các phần tử trong mạng như: Quản lý thuê bao: Nhập mạng hay rời mạng, tính cước, đăng ký và giám sát các dịch vụ. Quản lý sự cố: Phát hiện và sử lý sự cố. Quản lý lưu lượng, tạo lập cấu hình. Hiện nay chưa có tiêu chuẩn chung cho giao diện này nghĩa là việc ghép nối giữa OMC của các hãng này với phần tử của các hãng khác sẽ gặp phải khó khăn, nhìn chung các hãng đều dùng tiêu chuẩn X25. 2.3.2.2. Giao diện với mạng thoại công cộng PSTN. Giao diện giữa mạng GSM với mạng PSTN được chuẩn hoá bằng các luồng PCM 32 (2Mbps) với các hệ thống báo hiệu CCS7 hay MFCR 2 tuỳ thuộc vào mạng thoại. Chỉ có các dịch vụ có mặt ở hai mạng mới cung cấp được cho các cuộc nối có liên quan tới thuê bao trong mạng thoại. 2.3.2.3. Giao diện với mạng số đa dịch vụ ISDN. Giao diện mạng GSM với ISDN được chuẩn hoá theo tiêu chuẩn giao diện của ISDN (giao diện sơ cấp) và sử dụng hệ thống CCS7 để cung cấp các dịch vụ thoại, số liệu. 2.3.2.4. Giao diện mạng chuyển mạch gói PSDN Giao diện với mạng số liệu X25 cũng được tiêu chuẩn hoá trong mạng GSM. Cấu trúc của giao diện phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của từng mạng khai thác. Trong thực tế việc cung cấp các dịch vụ số liệu trong mạng GSM theo tiêu chuẩn X25 khá phức tạp về phần cứng cũng như phần mềm của mạng, do vậy giá thành cao. 2.3.2.5. Giao diện với PLMN qua PSTN/ISDN: Giao diện giữa các mạng GSM với nhau thông qua mạng cố định PSTN hay ISDN được tiêu chuẩn hoá cho GSM. Giữa MSC của hai mạng có 2 loại báo hiệu được trao đổi khi nối mạng: Các chức năng xử lý cuộc gọi cơ bản, phụ thuộc vào hệ thống báo hiệu của mạng cố định (CCS7 hay R2). Các chức năng của MAP (Mobile Application Part) được quy định trong SCCP của CCS7 như: Di chuyển cuộc nối từ MSC này sang MSC khác khi đang nối mạch (thuê bao đang thoại và di chuyển). 2.4. Các loại hình dịch vụ trong mạng GSM. 2.4.1. Dich vụ điện thoại. Chuyển hướng cuộc gọi về điều kiện. Chuyển hướng cuộc gọi khi thuê bao di động bị bận. Chuyển hướng cuộc gọi khi không trả lời. Chuyển hướng cuộc gọi khi không đến được MS. Chuyển hướng cuộc gọi khi ứ nghẽn vô tuyến. Cấm tất cả các cuộc gọi ra. Cấm tất cả các cuộc gọi ra quốc tế. Cấm tất cả các cuộc gọi ra quốc tế trừ các cuộc gọi đến các nước có PLMN thường trú. Cấm tất cả các cuộc gọi đến. Cấm tất cả các cuộc gọi đến khi lưu lượng ở ngoài nước có PLMN thường trú. Giữ cuộc gọi. Đợi cuộc gọi. Chuyển giao cuộc gọi. Hoàn thành cuộc gọi đến thuê bao bận. Nhóm người sử dụng khép kín. Dịch vụ 3 phía. Thông báo cước phí. 2.4.2. dich vụ số liệu. Truyền dẫn số liệu. Dịch vụ bản tin ngắn Chương iii: các số nhận dạng trong mạng GSM. Toàn bộ mạng GSM được chia thành các vùng đánh số. Trong mỗi vùng có thể gọi đến bất kỳ thuê bao nào bằng cách quay số thuê bao. 3.1. số nhân dạng ISDN máy máy di động MSISDN (Mobile Station ISDN Number). Theo khuyến nghị của CCITT (nay là ITU-T), số điện thoại di động được gọi bao gồm các thành phần sau: NDC SN CC NDC SN CC Số di động quốc gia Số ISDN di động quốc tế MSISDN = CC + NDC + SN Hình 3.1. Cấu trúc MSISDN MSISDN = CC + NDC + SN Trong đó: CC : Mã nước (Contry Code). NDC : Mã nơi nhận quốc gia (National Destination Code). SN : Số thuê bao (Subcriber Number). Mỗi NDC được ấn định cho từng mạng di động GSM. Trong một số quốc gia có thể có nhiều hơn một cho mỗi mạng GSM. Số ISDN máy di động quốc tế có chiều dài thay đổi tuỳ vào mỗi quốc gia, chiều dài cực đại là 15 số. ơ Việt Nam, số thuê bao di động của GSM được cấu tạo như sau: Hà Nội MSISDN = 84 + 090xx + xxxxx TPHCM MSISDN =84 + 090xx + xxxxx Đà Nẵng MSISDN =84 + 09xx + xxxxx Trong đó: xxxxx là số nhận dạng thuê bao. 3.2. Nhận dạng thuê bao di động quốc tế IMSI (International Mobile Subcriber Identity). Để nhận dạng chính xác thuê bao trên đường truyền vô tuyến cũng như qua mạng GSM PLMN, một số nhận dạng cụ thể được ấn định cho một số thuê bao, số này được gọi là IMSI và được sử dụng cho toàn bộ báo hiệu trong mạng GSM. Số này được lưu giữ ở trong SIM, cả trong HLR (Home Location Register) đăng ký hệ thống và trong VLR (Visitor Location Register) mođun nhận dạng thuê bao đăng ký tạm thời. IMSI gồm 3 phần: Tối đa 11 số 3 số IMSI = MCC + MNC + MSIN 2số MCC MNC MSIN Hình 3.2. Cấu trúc IMSI IMSI = MCC + MNC + MSIN Trong đó: MCC: Mã nước có mạng GSM (Mobile Contry Code), 3 số. MNC: Mã mạng di động (Mobile network Code), 2 số. MSIN:Số nhận dạng máy di động (Mobile Station Identification Number) tôi đa 11 số. IMSI: Là thông số nhận dạng duy nhất một thuê bao di động thuộc mạng GSM. Theo khuyến nghị GSM, IMSI có độ dài cực đại 15 chữ số. 3.3. Số chuyển vùng của thuê bao di động MSRN (Mobile Station Roaming Number). Khi chuyển vùng HLR biết thuê bao di động thuộc vùng phục vụ MSC/VLR nào rồi. Để cung cấp số tạm thời cho việc định tuyến thì HLR yêu cầu MSC/VLR đang phục vụ thuê bao di động bị gọi ấn định một số lưu động của trạm di động (MSRN) cho thuê bao này và gửi cho nó. Sau khi thu được MSRN, HLR gửi nó đến MSC cổng để nó định tuyến cuộc gọi đến MSC/VLR đang phục vụ thuê bao bị gọi. Khi cuộc gọi kết thúc thì MSRN do MSC/VLR tạm thời tạo ra do yêu cầu của HLR truy cập khi thiết lập một cuộc gọi tới một thuê bao đang trong vùng phục vụ của nó. Khi cuộc gọi kết thúc thì MSRN bị xoá. Cấu trúc MSRN bị xoá. Cấu trúc MSRN do MSC/VLR tạm thời tạo ra do yêu cầu của HLR truy cập khi thiết lập một cuộc gọi tới một thuê bao đang trong vùng phục vụ của nó. Khi cuộc gọi kết thúc thì MSRN bị xoá. Cấu trúc MSRN bao gồm 3 phần: (theo khuyến nghị của GSM). MSRN = CC + NDC + SN Trong đó: CC: Mã quốc gia. NDC: Mã mạng GSM. SN: Số thuê bao. Trong trường hợp này số thuê bao là địa chỉ của tổng đài MSC. 3.4. Số nhận dạng thuê bao di động tạm thời TMSI (Temporary Mobile Subcriber Identity). TMSI được dùng cho bảo mật của thuê bao. TMSI có ý nghĩa vùng (trong vùng MSC/VLR). Cấu trúc của nó có thể chọn tuỳ theo mỗi sự quản lý. TMSI không vượt quá 4 byte (1octets.) 3.5. Số nhận dạng thiết bị máy di động quốc tế IMEI (International Mobile Station Equipment Identity). IMEI: Nhận dạng duy nhất trạm di động như là một bộ phận hay tổ hợp thiết bị.Cấu trúc của IMEI: IMEI = TAC + FAC + SNR + SP 1digit 6digit 6digit 2digit SP SNR FAC TAC IMSI 15digit IMSI = TAC + FAC + SNR +SP Hình 3.3. Cấu trúc IMEI Trong đó: TAC: Mã công nhận kiểu do cở quan GSM trung ương xác định (Type Approval Code). FAC: Mã lắp ráp cuối cùng nhận dạng nhà sản xuất (Final Assembly Code) SNR: Số nhận dạng duy nhất ở từng TAC, FAC (Serial Number) SP: Dự phòng cho tương lai. 3.6. Nhận dạng vùng định vị LAI (Location Area Identity). LAI được sử dụng để cập nhật vùng định vị thuê bao di động LAI = MCC + MNC + LAC Trong đó: MCC (Mobile Coutry Code): Mã nước di động nhận dạng nước bằng 3 chữ số giống như IMSI MNC (Mobile Network Code): Mã mạng di động phân biệt các mạng di động GSM. LAC (Location Area Code): Mã vùng định vị nhận dạng vùng định vị bên trong mạng GSM PLMN. LAC dài tối đa 16 bit cho phép xác định 65536 vùng định vị khác nhau trong một mạng di động GSM. 3 digits 1- 2 digits Max 16 bít LAC MNC MCC LAI LAI = MCC + MNC + LAC Hình 3.6. Nhận dạng vùng định vị LAI. 3.7. Nhận dạng ô toàn cầu CGI (Cell Global Identity). Để nhận dạng ô trong vùng định vị CGI được sử dụng để các MSC và BSC truy cập các ô. CGI = MCC + MNC + LAC + CI MAX 16 BIT 2 digits MAX 16 BIT 3 digits CI MNC MCC LAC Nhận dạng vùng định vị IMEI 15 chữ số CGI =MCC+MNC+LAC+CI Hình 3.7. Nhận dạng ô toàn cầu CGI CI: Nhận dạng ô (cell Identity), nhận dạng ô trong một vùng định vị, tối đa 16 bit. 3.8. Mã nhận dạng trạm gốc BSIC (Base Station Identity Code). BSIC cho phép máy di động phân biệt giữa các trạm gốc khác nhau ở cạnh nhau. BSIC = NCC + BCC Trong đó: NCC: Mã màu mạng di động (PLMN color Code), phân biệt mạng di động GSM, có 3 bít. (phân biệt nhà khai thác ở hai phía của biên giới quốc gia). BCC: Mã màu trạm gốc (Base Station color Code), nhận dạng trạm gốc, 3 bit (không sử dụng cùng một NCC ở hai mạng GSM cạnh nhau). 3 bit 3 bit BCC NCC BSIC BSIC = NCC + BCC Hình 3.8. Mã nhận dạng trạm gốc. 3.9. Số nhận dạng thuê bao cục bộ LMSI (Location Mobile Subcriber Identity). LMSI gồm 4 octet, VLR lưu giữ và sử dụng LMSI cho tất cả các thuê bao hiện đang có mặt tại vùng phủ sóng của nó và chuyển LMSI cùng với LMSI cho HLR, HLR sử dụng LMSI mỗi khi cần chuyển các bản tin liên quan đến thuê bao tương ứng để cung cấp dịch vụ. 3.10. Số chuyển giao HON (Hand Over Number). HON là việc chuyển tiếp cuộc gọi mà không làm gián đoạn cuộc gọi từ cell này xang cell khác. Chương iv: truyền sóng trong thông tin di động Gsm. Trong thông tin di động, để truyền thông tin và mạng PLMN, GSM (Global System for Mobile Communication) người ta sử dụng thiết bị vô tuyến . Bất cứ ai đi lại bằng xe và đồng thời nghe đài truyền thanh, nghe điện thoại, chắc chắn nhận thấy rằng chất lượng của tín hiệu thu được thay đổi theo thời gian và vận tốc di chuyển của xe. Đây là sự việc gây khó chiu mà ta cần xét đến trong lĩnh vực thông tin vô tuyến. Trong chương này ta sẽ xét đến một số vấn đề chính xẩy ra ở lĩnh vực thông tin vô tuyến tổ ong cùng với các biện pháp giải quyết vấn đề này. 4.1. Suy hao đường truyền và pha đinh. Suy hao đường truyền là quá trình mà ở đó tín hiệu thu yếu dần do khoảng cách giữa máy di động và trạm gốc ngày càng tăng. Đối với không gian tự do: Là không gian giữa anten phát T(x) và anten thu R(x) không có vật cản, với một anten cho trước thì mật độ công suất thu tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách (d) giữa T(x) và R(x). Suy hao không gian tự do: Ls ằ d2 . f2 . Hay: Ls = 32,4 + 20logf + 20logd (dB) Trong đó: Ls: Suy hao trong không gian tự do. f: Tần số làm việc (MHz). d: Khoảng cách giữa anten thu và anten phát (km). Do mặt đất không lý tưởng, cường độ tín hiệu trung bình giảm tỷ lệ với đại lượng nghịch đảo của khoảng cách luỹ thừa bậc 4 (d4). Tuy nhiên vấn đề này không gây trở ngại đối với hệ thống vô tuyến tổ ong, vì khi mất liên lạc ta phải thiết lập một đường truyền mới qua một trạm gốc khác. Trong thực tế, giữa trạm di động và trạm gốc thường có chứa trướng ngại vật như: đồi núi, toà nhà….Điều nay dẫn đến hiệu ứng che khuất làm giảm cường độ tín hiệu thu. Khi di động cùng với máy di động cường độ tín hiệu giảm và tăng cho dù giữa anten T(x) và R(x) có hay không có trướng ngại vật. Đây là một loại pha đinh. Các chỗ “giảm” được gọi là chỗ trũng pha đinh. Loại pha đinh do hiệu ứng che tối gây ra được gọi là pha đinh chuẩn loga. Do vậy độ thuê bao ở các thành phố lớn, đòi hỏi phải có nhiều trạm thu phát gốc. Việc sử dụng trạm di động ở thành phố gây ra hiệu ứng nhiều tia và được gọi là pha đinh nhiều tia hay pha đinh Raileght. Hiệu ứng này sẩy ra khi tín hiệu truyền nhiều đường từ anten phát đến anten thu do tín hiệu bị phản xạ nhiều đường. Điều này nghĩa là tín hiệu thu có thể là tổng của nhiều tín hiệu giống nhau nhưng khác pha. Khi ta cộng các tín hiệu này như là cộng các vectơ, có thể có vectơ gần bằng không, nghĩa là cường độ tín hiệu gần bằng không, đây là chỗ trũng pha đinh nghiêm trọng. Khoảng thời gian giữa hai chỗ trũng pha đinh phụ thuộc cả vào tốc độ chuyển động cũng như tần số phát. Độ nhạy máy thu là mức tín hiệu thấp nhất mà máy thu có thể thu được. Do pha đinh sẩy ra trên đường truyền nên để đường truyền dẫn không bị gián đoạn thì giá trị trung bình chung phải lớn hơn độ nhạy máy thu một lượng (dB) bằng chỗ trũng pha đinh mạnh nhất, chẳng hạn Y(dB). Khi đó ta cần dự trữ pha đinh Y (dB). 4.2. Các phương pháp phòng ngừa suy hao truyền dẫn do pha đinh. 4.2.1. Phân tập anten. Phân tập sử dụng đồng thời hai anten thu (hoặc nhiều hơn) chịu ảnh hưởng pha đinh độc lập, ý niệm này dẫn đến hai anten R(x) độc lập thu cùng một tín hiệu. Vì thế chúng chịu tác động của các đường bao pha đinh khác nhau. Tuy nhiên khoảng cách giữa các anten phải đủ lớn để tương tác giữa các tin hiệu ở hai anten là nhỏ. 4.2.2. Nhảy tần. Như đã nói ở trên mẫu pha đinh phụ thuộc vào tần số. điều này nghĩa là chỗ trũng pha đinh sẽ xẩy ra các vị trí khác nhau đối với các tần số khác nhau. Vì vậy ta có thể lợi dụng hiện tượng này bằng cách thay đổi tần số sóng mang trong một số các tần sô. SFH dùng một bộ tổng hợp tần số có khả năng thay đổi tần số một lần trong một khung. Nhảy tần là một mode tuỳ lựa chọn về phía BSC mà MS phải tuân theo. MS được báo về danh sách các tần số sẽ được dùng để nhảy tần. Các kênh logic căn bản không có nhảy tần: FCCH, SCH, BCCH. Có 217 lần nhảy tần trong 1 giây tức là 1200bit/1 bước nhảy. 4.2.3. Mã hoá kênh. ở truyền dẫn, người ta thường đo chất lượng của tín hiệu đường truyền bằng số lượng các bit thu được chính xác. Nó được biểu diễn bằng tỷ số lỗi bit BER (Bit Error Rate) BER càng nhỏ thì càng tốt. Tuy nhiên do đường truyền dẫn luôn thay đổi nên ta không thể giảm hoàn toàn xuống không nghĩa là phải cho phép một lượng lõi nhất định và có khả năng khôi phục lại thông tin này hay ít nhất có thể phát hiện các lỗi để không thể sử dụng thông tin này vì nhầm nó là đúng. Điều này đặc biệt quan trọng khi phát đi số liệu. Bằng mã hoá kênh ta có thể phát hiện và sửa lỗi ở luồng bit thu. Nghĩa là có một loại dư thừa giữa các bit, ta mở rộng thông tin từ một số bit thành một số lượng bit lớn hơn, tuy nhiên ta phải gửi đi nhiều bit hơn. Ta đã biết đầu ra CODEC là dòng số 260bit/20ms, 260bit này được phân cấp theo tầm quạn trọng. Các cấp khác nhau được bảo vệ khác nhau để cho việc bảo vệ hiệu quả nhất. Lớp Ia Lớp Ib Lớp II 50bit 132bit 78bit Mã hoá khối của các bit lớlow Ia+3bit CRC 4 3 Lớp Ia Lớp Ib 50bit 132bit Các bit cấp II không cần bảo vệ Mã hoá vòng xoắn R=1/2, k=5 Các bit mã hoá(378bit) 78bit Hình 4.2. Mã hoá khối và mã hoá vòng xoắn đối với kênh thoại CRC (Cyclic Redundancy Check): Mã kiểm tra theo chu kỳ. 3bit CRC để mã hoá khối cho các bit cấp Ia. 4bit “o” để khởi tạo lại bộ mã hoá. Cấp Ia: 50bit hệ số bộ lọc, biên độ nhóm, thông số LTP. Cấp Ib: 132bit con trỏ RPE, xung RPE, thông số LTP. Cấp II: 78bit xung RPE, thông số bộ lọc. Mã hoá kênh được thực hiện qua hai bước mã hoá khối (block Code) và mã hoá vòng xoắn (Convolutional Code). Mã khối là một mã chu kỳ để phát hiện lỗi cho 50bit cấp Ia. Nếu thêm vào 3bit CRC thì có thể huỷ bỏ toàn bộ cửa sổ sét và bộ ngoại suy sẽ lấp lỗ trống này. Mã hoá vòng xoắn cho phép sửa sai lỗi và được phép áp dụng cho các bit cấp Ia, Ib. ở mã hoá xoắn bộ mã hoá tạo ra khối các bit mã hoá không chỉ phụ thuộc vào các bit của khối bản tin hiện thời được dịch vào bộ mã hoá mà còn phụ thuộc vào các khối bản tin trước. Cả hai phương pháp trên đều được sử dụng ở GSM. Trược hết một số bit thông tin được mã hoá khối để tạo nên một khối thông tin các bit chẵn lẻ (kiểm tra). Sau đó các bit này được mã xoắn để tạo nên các bit được mã hoá. Cả hai bước trên đều áp dụng cho cả thoại và số liệu, mặc dù sơ đồ mã hoá cho chúng khác nhau. Lý do sử dụng mã hoá kép là vì ta muốn sửa lỗi nếu có thể (mã hoá xoắn) và sau đó có thể nhận biết (mã hoá khối) xem liệu thông tin bị lỗi có dùng được hay không. 4.2.4. Ghép xen (Interleaving). Trong thông tin di động do các pha đinh sâu lâu các lỗi bit thường sẩy ra các cụm dài. Mã hoá kênh và đặc biệt là mã hoá xoắn chỉ hiệu quả nhất khi phát hiện và sửa lỗi ngẫu nhiên đơn lẻ và các cụm lỗi không quá dài. Để đối phó với vấn đề này ta chia khối bản tin cần gửi thành các cụm ngắn rồi hoán vị các cụm này với các cụm của khối bản tin khác, nhờ vậy khi sẩy ra cụm lỗi dài mỗi bản tin chỉ mất đi cụm nhỏ, nên phần còn lại của bản tin vẫn cho phép các cụm mã hoá kênh khôi phục được lại bản tin đúng sau khi đă sắp xếp laị các cụm của bản tin theo thứ tự như ở phía phát. Quá trình nói trên được gọi là ghép xen. Chẳng hạn ta có 4 khối bản tin và chia mỗi khối thành 4 cụm được đánh số từ 1 đến 4 sau đó hoán vị các cụm với nhau bằng cách ghép chung các cụm 1 vào một khối, các cum 2 vào một khối….Giả sử đầu thu cụm 2 bị mất (lỗi) sau khi đă sắp xếp lại các khối bản tin chỉ mất có cụm 2, các cụm 1,3,4 còn lại sẽ cho phép mã hoá kênh khôi phục lại khối đúng. Các khối bản tin 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 Ghép xen Cáckhối Bản tin được ghép xen 1 2 3 4 1 2 3 4 2 2 2 2 1 1 1 1 1 X 3 4 1 X 3 4 1 X 3 4 1 X 3 4 Hình 4.2. Ghép xen. 4.3. Kết nối truyền số liệu trong GSM 12(64)kb\s PSTN MODEM RATE ADAPTER IWF 9,6Kb\s MSC XCDR (TRAU) 12(16)Kb\s 9,6Kb\s B/S M BSC DTE PCMCIA BTS 12(33,8)kb\s Hình 4.3. Mô hình truyền số liệu Một ví dụ làm rõ phương pháp truyền số liệu trong mạng GSM: - Dòng số liệu đi ra từ một máy tính xách tay (laptop) với tốc độ cực đại là 9,6Kb/s theo tiêu chuẩn RS232. Thông thường một Modem sẽ chèn thêm các bit và truyền dòng số liệu này với tốc độ 12Kb/s. nhưng trong ví dụ này máy laptop được trang bị thêm (Data Card) trong khe cắm mỡ rộng PCMCIA đễ thay đổi dòng số liệu (Data and Contron) trở thành tốc độ 12Kb/s và kết nối Laptop với điện thoại di động. - Điện thoại di động thực hiện chèn thêm các bit bảo vệ chống lỗi và truyền đi trên sóng mang dòng số liệu với tốc độ 33,8Kb/s. Dòng số liệu này chiếm toàn bộ một khe thời gian và được truyền tải như một kênh thoại thông thường. - Tại BSS (BTS/BSC) thực hiện tách bỏ các bít bảo vệ chống lỗi của dòng số liệu 12Kb/s và truyền tải tới TRAU với tốc độ 16Kb/s (BSS xử lý dòng số liệu, ghép, tách kênh đồng thời truyền dẫn tới TRAU trên luồng E1). Sau khi được truyền tải và sử lý qua TRAU (XCDR) tốc độ dòng số liệu 12Kb/s (16Kb/s) trở thành 64Kb/s (XCDR chuyển đổi tốc độ dòng số liệu thành 64Kb/s và truyền tải tới MSC). - Tại MSC chuyển tiếp các tín hiệh đang sử dụng trong mạng GSM tới khối liên hợp chức năng (IWF). Khối IWF được trang bị Modul tương thích tốc độ dòng số liệu, tại đây dòng số liệu tốc độ 64Kb/s do MSC truyền tải tới được xử lý bóc tách thành dòng số liệu nối tiếp 12Kb/s sau đó trở lại thành dòng số liệu nguyên gốc 9,6Kb/s, tương tự như dòng số liệu từ laptop được truyền tới Modem. - Khi thực hiện kết nối từ mạng ISDN hoặc mạng chuyển tiếp gói số liệu, các gói tin hoặc dòng số liệu được sắp xếp tương tự như đi ra từ DCE (Data Circuit terminating Equipmen) và không cần thiết phải có Modem hoặc (PAD- Packet Assembler/Dissembler) để kết nối mạng ISDN với mạng GSM. Sự lựa chọn thích ứng với DCE được khẳng định một lần nữa tại khối IWF khi mà kết nối và tương thích tốc độ để truyền số liệu trong mạng GSM là không thay đổi. 4.4. Cấu trúc khung TDMA. Như đã biết, GSM900 có 124 dải thông tần bắt đầu từ tần số 890,2MHz. Mỗi dải thông tần là một khung TDMA có 8 khe thời gian. Mỗi khe 15/26 = 577ms, một khung dài 4,26ms. Khung đường lên trễ 3 khe thời gian so với khung đường xuống. Nhờ trễ này mà MS có thể sử dụng một khe thời gian có cùng số thứ tự ở cả đường lên lẫn đường xuống để truyền tin bán song công. Về mặt thời gian các kênh vật lý ở một giải thông tần vô tuyến được đánh số khung FN (frame Number) từ 0 đến 2715647 trong một siêu khung (3h 28ph 53,760ms). Một siêu khung có 2048 siêu khung (6,12s). Một siêu khung có 51 đa khung x 26 khung/1 đa khung x 51 khung/1 đa khung. Người ta gọi khuôn mẫu tin tức ở 1 khe thời gian là một cụm. Cụm là một khái niệm chung gian giữa kênh vật lý và kênh logic. Cấu trúc cụm khác nhau là để tải các dữ liệu khác nhau, có 5 loại cụm khác nhau: Cụm bình thường NB (Normal Burst): NB mang kênh lưu lượng và kênh điều khiển. Cụm hiệu chỉnh tần số FB (Frequency Correction Burst): Cụm này được sử dụng để đồng bộ tần số cho trạm di động FB mang kênh hiệu chỉnh tần số (FCCH) cho hướng xuống để hiệu chỉnh tần số của MS theo chuẩn của hệ thống. Cụm đồng bộ SB (Synchronous Burst): Cụm này được dùng để đồng bộ thời gian cho trạm di động SB mang kênh đồng bộ SCH (Synchronous Channel) cho hướng xuống để đồng bộ thời của MS với BTS. Mang thông tin số khung (FN) của TDMA và BSIC. Cụm giả DB (Dummy Burst): Truyền trên BCCH khi không có thông tin, gồm các bit hỗn hợp chỉ cho hướng xuống. Cụm truy cập AB (Access Burst): Cụm này được sử dụng để thâm nhập ngẫu nhiên và thâm nhập chuyển giao (handover) cụm chứa bít thông tin, bit đồng bộ và bit bảo vệ dài (68,25bit) là vì khi MS truy cập hệ thống (ngẫu nhiên hoặc chuyển giao) nó không biết trước được thời gian nên tăng khoảng bảo vệ là cần thiết. AB sử dụng cho RACH và TCH. Một siêu siêu khung = 2048 siêu khung (3h28ph 53,760ms) 0 1 2 2045 2045 2047 0 1 25 0 1 49 50 Một đa khung = 26 khung (120ms) 0 1 BCCH 49 50 0 1 TCH 24 25 Một đa khung = 51 khung (235ms) Một đa khung = 26 khung (4615ms) 0 1 2 3 4 5 6 7 TB3 57bit mã hoá F1 26 chuỗi bit F1 57 bit mã hoá GP 8,25 hướng dẫn TB3 57bit mã hoá F1 26 chuỗi bit F1 57 bit mã hoá TB3 GP 8,25 hướng dẫn TB3 39bit mã hoá 64 chuỗi bit đồng bộ 39 bit mã hoá TB3 GP 8,25 TB3 142 bit cố định TB3 GP 8,25 546ms TB3 41 chuỗi bit đồng bộ 36 bit mã hoá TB3 GP 68,25 Hình 4.4. Cấu trúc khung TDMA 4.5. ứng dụng báo hiệu số 7. Báo hiệu trong mạng di động phức tạp hơn trong mạng điện thoại thông thường vì thuê bao di động (MS) có thể di chuyển quanh mạng, nên phải có yêu cầu cập nhật vị trí địa lý của các MS và để sử lý sự thay đổi sang kênh lưu lượng mới khi MS di chuyển từ ô này sang ô khác. Điều này phải có một hệ thống báo hiệu nhanh và mạnh. SS VLR VLR MAP MAP ISDN-UP ISDN HLR VLR EIR MAP TUP MSC ISDN MAP ISDN BSSMAP ISDN-UP BSS ISDN BSC LAPD BTS LAPDm MS Hình 4.5. Sơ đồ báo hiệu trong mạng GSM. Trong mạng GSM thì các MSC đóng vai trò là các điểm chuyển tiếp báo hiệu (STP), ngoài ra còn có các nút khác đó là VLR, HLR, EIR, AUC, BSC, BTS, MS. Phần ứng dụng BSS (BSS MAP) là giao thức báo hiệu giữa MSC và BSS, MSC và BSS được nối với nhau bởi đường PCM. Ngoài số kênh thoại hoặc kênh số liệu còn có các khe thời gian dự trữ cho báo hiệu số liệu, báo hiệu khi đấu nối thiết lập cuộc gọi, chuyển giao, giải phóng cuộc gọi. ISUP: Là giao thức báo hiệu giữa các tổng đài trong mạng ISDN. Trong mạng di động, ISUP được sử dụng để báo hiệu giữa các MSC với mạng cố định và di động khác như PSTN, ISSDN. LAPD và LAPDm: Không thuộc báo hiệu số 7. LAPD: Thủ tục truy nhập đường truyền kênh D. Được sử dụng để báo hiệu giữa BSC và BTS. Việc đấu nối giữa BSC và BTS là nhờ một kênh PCM, ở đó một trong các kênh được dành cho báo hiệu, sử dụng giao thức LAPD. LAPDm: Thủ tục truy nhập đường truyền kênh D có biến đổi. Là giao thức sử dụng cho báo hiệu giữa bộ thu phát ở BTS và trạm di động MS. Giao diện giữa MS và bộ thu phát được gọi là giao diện không gian. Mục dích của giao thức LAPDm là để truyền dẫn báo hiệu qua kênh vô tuyến được an toàn. 4.6. Quá trình cuộc gọi và chuyển giao. 4.6.1. Một số trạng thái của trạm di động MS MS tắt máy hoặc ngoài vùng phục vụ: Mạng không thể tiếp cận đến máy di động vì nó không trả lời thông báo tìm gọi cũng như không gửi thông báo cập nhật vị trí. Khi đó mạng cho rằng MS đã rời mạng. MS bật máy, trạng thái rỗi: Hệ thống có thể tìm gọi MS, nó được coi là đã nhập mạng. Trong khi di chuyển MS luôn kiểm tra xem nó có được nối vói một kênh quảng bá của một cell nào đó hay không. ở trạng thái này, MS cũng thông báo cho hệ thống những thông tin về cập nhật vị trí sau những khoảng thời gian nhất định. MS bận: Mạng luôn luôn có một kênh TCH song công nối giữa MS và BTS. Khi chuyển động, MS phải có khả năng chuyển đến một kênh thông tin mới . Quá trình này được gọi là chuyển giao (Handover). Để quyết định chuyển giao thì hệ thống phải căn cứ vào những thông số đo đạc từ MS và BTS. Quá trình này được gọi là định vị. Cập nhật vị trí: Mạng có thể yêu cầu MS cập nhật vị trí khi MS bật nguồn lên. yêu cầu này thể hiện ở một cờ trong BCCH. Nếu tắt nguồn thì MS cũng tự động thông báo cho mạng. Khi MS được bật nguồn lên ở một vùng định vị mới (so vơi dữ liệu đã lưu trữ về nó ở lần bật trước) hoặc khi MS chuyển động đến vùng định vị mới, thì MS khởi động thủ tục cập nhật vị trí để thông báo cho mạng về vị trí mới của MS. Quá trình này bao gồm: MS phát hiện rằng nó đã vào LAI mới (truyền trên BCCH) thì khởi tạo thủ tục cập nhật định vị. BSS cấp cho MS một kênh SDCCH. MS phát bản tin yêu cầu cập nhật định vị trên SDCCH đến MSC. MSC gửi LAI mới và TMSI của MS đến VLR và đến HLR nếu cần. Nhận thực và mật mã hoá. VLR cấp phát TMSI mới cho MS (gửi đồng thời tới MSC). MSC lưu trữ các giá trị mới của TMSI và LAI và SIM. MS gửi bản tin hoàn thành định vị lại TMSI cho MSC. MSC gửi phúc đáp đến VLR. MS giải phóng SDCCH. HLR$ VLR$ MSC BSS MS 1 Yêu cầu kênh > > Cấp DCCH > Yêu cầu cập nhật vi trí (LAI &TMSI) 2 3 Mật mã Nhận thực Cấp TMSI mới (TMSI) 4 > (TMSI) Hoàn thành cập nhật định vị 5 Hoàn thành TMSI Xác nhận TMSI > Lệnh giải phóng 6 > Hoàn thành giải phóng Hình 4.6.1. Quá trình cập nhật định vị MS. 4.6.2. Nhận thực và mật mã: Thực hiện việc nhận thực khi thiết lập cuộc gọi, cập nhật định vị, dịch vụ phụ. HLR/AUC đưa ra các thông số nhận thực (bộ 3: RAND/SRES/Kc). Bộ 3 được gửi tới VLR phụ trách MS xét. VLR lưu trữ bộ 3 để thực hiện quá trình nhận thực tiếp theo. VLR khởi tạo việc nhận thực bằng bản tin nhận thực gửi tới MSC. MSC chuyển tiếp nội dung tới MS. Bản tin yêu cầu nhận thực có thông số RAND. MS đáp ứng nhận thực. Bản tin này có thông số SRES. Giả thiết là MS nhận thực đúng, VLR yêu cầu MSC bắt đầu thủ tục mật mã. MSC bắt đầu thủ tục mode mật mã bằng bản tin gửi BSS. BSS phúc đáp. HLR$ VLR$ MSC BSS MS 1 Phát bộ 3 (RAND) 2 Đáp ứng nhận thực (RAND) Nhận thực 3 Yêu cầu nhận thực Mật mã 4 5 Lệnh Mode Mật mã Hoàn thành Mode Mật mã Hình 4.6.2. Quá trình nhận thực và mật mã. 4.6.3. Nhận dạng ME: MSC khởi tạo việc nhận dạng thiết bị bằng bản tin gửi tới MS. Việc nhận dạng ME không thường xuyên như việc nhận thực, và được tiến hành trong quá trình cập nhật định vị hoặc trong quá trình thiết lập cuộc gọi. MS đáp ứng bằng bản tin báo cáo số IMEI của thiết bị. MSC phát IMEI đến EIR – EIR phúc đáp. Việc kiểm tra IMEI tại EIR được thực hiện sau khi MS đã được cấp phát TCH. EIR PSTN$ HLR$ VLR$ MSC BSS MS 1 Yêu cầu ID 2 Đáp ứng ID (IMEI) 3 Kiểm tra IMEI Đáp ứng Kiểm tra Hình 4.6.3. Quá trình nhận dạng thiết bị. 4.6.4. Quá trình chuyển giao: Khi một trạm di động đang ở trạng thái bận và đang chuyển động ra xa dần BTS mà nó đang được nối ở đường vô tuyến bằng các kênh TCH và SACCH thì tín hiệu thu giảm dần. Lúc này MS quét và đo đạc tín hiệu mà MS nhận từ BTS và các BTS lân cận. Các BTS lân cận cũng đo đạc cường độ tín hiệu mà MS xét phải đến. Khi đó MSC có quyết định chuyển giao hay không khi sử lý các tin tức báo cáo nói trên. Để chất lượng cuộc gọi được đảm bảo thì mạng phải chuyển giao sang cell lân cận có tín hiệu mạnh hơn. Có hai trường hợp chuyển giao sau: Chuyển giao bên trong ô (Intracell Handover). Chuyển giao giữa các ô (Intercell Handover). Handover trong cùng một BSC: Trong quá trình gọi MS luôn luôn đo cường độ trường và chất lượng ở kênh TCH của mình và cường độ trường của các ô lân cận. MS lấy giá trị trung bình kết quả đo. Hai lần trong một giây nó gửi kết quả đo đến BTS cùng với kết quả đo của các ô lân cận tốt nhất. BTS bổ sung thêm kết quả đo được ở chính kênh TCH và gửi báo cáo về BSC. ở BSC chức năng định vị được tích cực để quết định có cần chuyển giao cuộc gọi đến ô khác do nhiễu, chất lượng sấu hay không. 6 2 8 4 5 BTS 4 BSC 7 MS 7 1 3 Hình 4.6.4. Chuyển giao cuộc gọi trong BSC. Trường hợp chuyển giao BSC sẽ lệnh cho BTS ở ô mới được chọn tích cực một kênh TCH. Lệnh cho BTS này gửi bản tin đến MS thông báo về tần số và khe thời gian cần chuyển đến. MS điều chỉnh tần số mới và gửi bản tin thâm nhập chuyển giao (HO). MS không sử dụng sự định thời trứơc nào cả, Vậy HO ngắn chỉ có 8bit. MS nhận công suất sử dụng ở kênh FACCH lấy cắp từ kênh tiếng. BSC nhận thông tin từ BTS là chuyển giao thành công khi MS gửi bản tin hoàn thành chuyển giao. Đường tiếng trong chuyển mạch nhóm thay đổi vầ BTS cũ ra lệnh tháo gỡ TCH cũ cùng với kênh liên kết SACCH. 4.6.5. Quá trình cuộc gọi. Cuộc gọi đến MS sẽ được định tuyến đến MSC/VLR nơi MS đăng ký. Khi đó MSC/VLR sẽ gửi một thông báo tìm gọi đến MS. Thông báo này được phát quảng bá trên toàn vùng định vị LA, nghĩa là tất cả các trạm thu phát gốc BTS trong LA sẽ gửi thông báo tìm gọi đến MS. Khi chuyển động ở LA và “Nghe” thông tin CCCH, MS sẽ nghe thấy thông báo tìm gọi và trả lời ngay lập tức. 4.6.5.1. Cuộc gọi từ MS vào PSTN. MS EIR PSTN HLR VLR MSC BSS (RAND) 1 Yêu cầu kênh Cấp DCCH Đă thiết lập đường báo hiệu CR 2 CC Yêu cầu dịch vụ Tin tức về thuê bao Tin tức về thuê bao Nhận thực 3 Mật mã 4 Call info Thiết lập Yêu cầu ID 5 Hoàn thành cuộc gọi Đang sử lý 6 Lệnh cấp TCH 7 (Channel) (TCH) Hoàn thành cấp 8 Đánh địa chỉ đầu cuối Hoàn thành địa chỉ Hồi âm Chuông Nối Trả lời 9 Bắt đầu tính cước Xác nhận nối thông 10 Helloo Hình 4.6.5.1. Quá trình cuộc gọi từ MS đến thuê bao cố định. VLR$ MSC BSS MS HLR$ 4.6.5.2. Cuộc gọi từ thuê bao cố định đến MS. PSTN$ GMSC (MSISDN) 1 Đánh địa chỉ đầu cuối (IFAM) (MSISDN) 2 Gửi tin tức đường truyền (MSRN) (MSRN) 3 Xác nhận đường truyền Địa chỉ (IFAM) (MSRN) (MSRN) 4 Gửi tin tức thiết lập cuộc gọi 5 (LAI & TMSI) ITMSI) Page (TMSI) (TMSI) Nhắn tin (RAND) 6 Yêu cầu kênh Cấp DCCH Đã thiết lập đường báo hiệu (TMSI & Status) (TMSI) (Status) Hoàn thành cuộc gọi 7 (TMSI) Thiết lập Hoàn thành địa chỉ 8 Xác nhận cuộc gọi (Circurt) (Channel) Lệnh cấp TCH 9 Hoàn thành Phát âm chuông ở MS Thuê bao nhấc máy Nối thông 10 Bắt đầu tính cước Xác nhận nối thông 11 Hình 4.6.5.2. Quá trình cuộc gọi từ thuê bao cố định đến MS. Helloo Một bản tin đánh địa chỉ đầu cuối gửi tới MSC cổng (GMSC). MS được gọi nhận dạng bằng MSISDN của nó. GMSC yêu cầu HLR cung cấp tin tức thiết lập đường truyền: IMSI và LAI của MS. Dựa vào các tin tức này, GMSC xác định MSC đang phụ trách MS xét. VLR phúc đáp, cung cấp MSRN của MS xét. GMSC chuyển bản tin đánh địa chỉ đầu cuối tới msc phục vụ MS xét. MSC yêu cầu tin tức thiết lập cuộc gọi. VLR phúc đáp MSC. MSC phát yêu cầu nhắn tin tới MS. MS đáp ứng và yêu cầu kênh báo hiệu dành riêng. Khi báo hiệu đã thiết lập, thì bản tin đáp ứng nhắn tin gửi đến BSS, rồi qua MSC chuyển tiếp đến VLR. MS được nhận thực, Mode mật mă được thiết lập. VLR phát bản tin hoàn thành cuộc gọi tới MSC, nội dung được chuyển tiếp tới BSS, rồi tới MS. MS phát bản tin xác nhận cuộc gọi tới MSC. MSC phát bản tin ACM tới GMSC, chuyển tiếp tới PSTN, thuê bao chủ có hồi âm chuông. MSC cấp phát kênh lưu lượng đến BSS. BSS cấp phát kênh vô tuyến cho MS. MS phúc đáp bằng bản tin hoàn thành cấp phát. MS bây giờ phát chuông và hồi âm chuông đến MSC. MS phát bản tin nối thông đến MSC. MSC xác nhận và thông báo đến GMSC, rồi đến PSTN. Cắt hồi âm chuông ở thuê bao chủ gọi. Đường cho cả hai mạng được nối. Hai thuê bao đàm thoại. HLR$ VLR$ MSC BSS MS PSTN$ 4.6.5.3. Giải phóng cuộc gọi. 1 Ngắt máy Giai phóng PSTN Giai phóng PLMN 2 Hoàn thành Giải phóng báo hiệu MS - MSC Lệnh clear 3 Giải phóng 4 Ngắt UA Hoàn thành 5 Đã giải phóng Hoàn thành 6 Hình 4.6.5.3. Quá trình giải phóng cuộc gọi (từ MS). MS phát bản tin ngắt đường truyền tới MSC. MSC phát bản tin giải phóng tới PSTN, mạch nối mạng cố định được giải phóng MSC phát bản tin giải phóng tới MS. MS đáp ứng, phát bản tin hoàn thành giải phóng. PSTN phúc đáp. MSC khởi tạo quá trình giải phóng đường truyền (hữu tuyến và vô tuyến). MSC phát lệnh xoá tới BSS. BSS phát tin giải phóng tới MS. Kênh vô tuyến được giải phóng. BSS phát bản tin hoàn thành xoá đến MSC. BSS phát bản tin hoàn thành giải phóng kênh vô tuyến tới MS. MS phúc đáp lại bằng UA (nói lời cuối cùng). MSC giải phóng đường báo hiệu phục vụ cuộc gọi. MSC phát bản tin giải phóng đến BSS. BSS phúc đáp. Phần hai : Hệ THốNG BáO HIệU Số 7 (CCS.7) CHƯƠNG: I TổNG QUAN CHUNG Về MạNG BáO HIệU 1.1.Giới thiệu: Trong mạng viễn thông thì báo hiệu được coi là phương tiện để truyền thông tin và chỉ thị từ một điểm này tới một điểm khác hay từ một thiết bị đầu cuối này đến thiết bị đầu cuối khác. Trong đó các thông tin và chỉ thị đều có thể liên quan đến thiết lập, giám sát và giải phóng cuộc gọi. Tổng đài B STP Tập đường truyền Báo hiệu SP SP Tổng đài C Tổng đài A :Kết nối tiếng :Đường truyền báo hiệu Hình 2.1. Mạng báo hiệu. Các ký hiệu: SP: Điểm báo hiệu (Signalling Point) STP: Điểm truyền báo hiệu (Signalling Transfer Point) Hệ thống báo hiệu nói chung được chia làm hai loại sau: Báo hiệu đường dây thuê bao (Subcriber Signalling). Báo hiệu liên tổng đài (Interswitching). Báo hiệu đường dây thuê bao (Subcriber Loop Signalling). Là báo hiệu thực hiện giữa thuê bao và tổng đài nội hạt mà thuê bao được nối tới. Ví dụ như trong mạng PLMN thì đó là loại báo hiệu giám sát trạng thái bật, tắt, âm mời quay số…. Báo hiệu tổng đài (Inter Exchange Signalling). Báo hiệu tổng đài là báo hiệu giữa các tổng đài với nhau. Ví dụ báo hiệu thông báo trạng thái bận, rỗi của các đường trung kế, báo hiệu tắc nghẽn của tổng đài, báo hiệu giữa các mã số thuê bao bị gọi…. Báo hiệu giữa các tổng đài có thể chia làm hai loại tuỳ thuộc chức năng của báo hiệu đó: Báo hiệu đường dây (Line Signalling): được sử dụng trong toàn bộ cuộc gọi, có chức năng giám sát trạng thái đường dây. Ví dụ báo hiệu này cho biết trạng thái đường trung kế như bận hay rỗi… Báo hiệu thanh ghi (Register Signalling): báo hiệu này được sử dụng trong pha thiết lập gọi để chuyển các thông tin địa chỉ và thuộc tính thuê bao. Các chức năng của báo hiệu. Các chức năng báo hiệu không kể là báo hiệu đường dây hay là báo hiệu liên tổng đài mà nó được chia ra các chức năng như sau: Chức năng giám sát. Chức năng tìm gọi. Chức năng vận hành. Chức năng giám sát. Được sử dụng để nhận biết sự thay đổi về trạng thái hoặc điều kiện của một số phần tử, phản ánh tình trạng bật, tắt máy của thuê bao. Bật máy chiếm. Bật máy trả lời. Tín hiệu giải phóng hướng đi. Tín hiệu giải phóng hướng về. Báo hiệu giám sát đường dây trung kế. Báo hiệu thông báo đường dây trung kế rỗi. Báo hiệu thông báo chiếm đường dây trung kế. Các tín hiệu với các chức năng giám sát nhận biết mọi sự thay đổi từ trạng thái rỗi sang trạng thái bận và ngược lại. Các chức năng tìm gọi. Các chức năng này có liên quan đến thủ tục thiết lập cuộc gọi và khởi đầu bằng việc thuê bao chủ gọi bật máy, quay số gửi các thông tin địa chỉ của thuê bao bị gọi. Các thông tin này được truyền tới tổng đài cùng với các thông tin khác như thông tin điều khiển… Các chức năng tìm gọi liên quan đến việc thiết lập và đấu nối cho một cuộc gọi mà trực tiếp là thời gian trễ quay số đó là khoảng thời gian kể từ khi thuê bao chủ gọi hoàn thành việc quay số đến khi thuê bao đó nhận được tín hiệu hồi âm chuông. Trong khi đó thời gian trễ là một tiêu chuẩn cần thiết mà các thiết bị tổng đài hướng tới để thâm nhập trực tiếp vào mạng có hiệu quả. Yêu cầu đặt ra trong tổng đài là chức năng này phải có hiệu quả, độ tin cậy cao để đảm bảo chính xác chức năng chuyển mạch thiết lập cuộc gọi. Chức năng vận hành mạng. Chức năng này có liên quan trực tiếp tới quá trình sử lý cuộc gọi do đó giúp cho việc sử dụng mạng có hiệu quả bao gồm: Báo hiệu nhận biết tắc nghẽn xảy ra trong mạng sau đó truyền thông tin trong mạng. Thông thường ở đây là thông tin về trạng thái đường truyền từ tổng đài bị tắc nghẽn cho tổng đài chủ gọi. Thông báo về trạng thái lỗi của các thiết bị, các đường trung kế đang làm việc hay đang bảo dưỡng… Cung cấp thông tin về tính cước. Cung cấp các phương tiện để đánh giá, đồng chỉnh cảnh báo từ các tổng đài khác… 2.1. Hệ thống báo hiệu R - 2. Hệ thống báo hiệu R-2 là hệ thống báo hiệu đa tần được CCITT thiết kế cho chức năng trao đổi thông tin giữa các tổng đài trong mạng số hay mạng hỗn hợp số - tương tự. Trong đó mỗi tín hiệu trao đổi là tổ hợp của một cặp tần số. R-2 gồm hai loại tín hiệu: Tín hiệu báo hiệu đường: gồm tín hiệu chiếm dụng, giám sát giải phóng… Tín hiệu báo hiệu thanh ghi: gồm các tín hiệu liên quan đến chức năng tìm chọn, khai thác. 2.2. Báo hiệu đường. Các tín hiệu báo hiệu đường hướng đi bao gồm: Tín hiệu chiếm đường. Tín hiệu giải phóng hướng đi. Các tín hiệu báo hiệu đường hướng về bao gồm: Tín hiệu xác nhận chiếm. Tín hiệu trả lời. Tín hiệu giải phóng hướng về. Tín hiệu khoá hệ thống báo hiệu R2 được thiết kế sao cho có thể thích ứng dùng cho cả hệ thống tương tự (Analog) và hệ thống số (Digital). 2.3. Báo hiệu thanh ghi: Các tín hiệu báo hiệu hướng đi bao gồm: Thông tin con số địa chỉ gọi. Thuộc tính thuê bao chủ gọi. Thông báo kết thúc gửi địa chỉ bị gọi. Thông tin về số thuê bao chủ gọi cho tính cước chi tiết. Các tín hiệu báo hiệu hướng về bao gồm: Tín hiệu thông báo tổng đài bị gọi sẵn sàng nhận các số địa chỉ của thuê bao bị gọi. Các tín hiệu điều khiển: xác nhận kiểu của thông tin. Thông tin kết thúc quá trình tìm gọi. Thông tin về tính cước. 2.4. Nguyên lý truyền báo hiệu. Trong quá trình kết nối cuộc gọi từ tổng đài chủ gọi đến tổng đài bị gọi thì có thể có một vài tổng đài khác nhau cùng tham gia vào việc nối thông. Do đó việc truyền thông tin báo hiệu giữa tổng đài chủ gọi và tổng đài bị gọi được chia làm 3 loại: Truyền báo hiệu từng chặng (Link By Link). Đó là kiểu báo hiệu mà trong đó các thông tin báo hiệu thanh ghi được truyền lần lượt qua tổng đài chung gian trong quá trình định tuyến cuộc gọi. Khi một tổng đài nào đó đã nhận đầy đủ các báo hiệu thanh ghi thì các thông tin báo hiệu thanh ghi ở tổng đài trước nó sẽ được giải phóng. Các thao tác này thường được thực hiện ở tổng đài trung chuyển kết nối cuộc gọi. Truyền báo hiệu kiểu xuyên suốt. Là kiểu báo hiệu mà các tổng đài trung gian chỉ nhận các thông tin cần thiết do tổng đài chủ gọi gửi đến để thực hiện định tuyến cuộc gọi. Như vậy số địa chỉ thuê bao sẽ được truyền xuyên suốt từ tổng đài chủ gọi đến tổng đài bị gọi. Với kiểu truyền báo hiệu kiểu này cho phép truyền báo cuộc gọi cho phép nhanh hơn so với kiểu báo hiệu từng chặng, làm giảm thời gian trễ quay số. Kiểu báo hiệu hỗn hợp (Mixed). Là kiểu truyền báo hiệu địa chỉ từ tổng đài chủ gọi đến tổng đài bị gọi dùng kết hợp gữa hai kiểu báo hiệu trên. 3.1. Hệ thống báo hiệu số 7- CCS 7:(Common Channel Signalling Number7) Những năm 1960, khi các tổng đài được điều chỉnh bằng chương trình lưu trữ được đưa vào sử dụng trong mạng thoại đã nảy sinh yêu cầu cần phải có một phương thức báo hiệu mới với nhiều đặc tính ưu việt hơn so với các phương thức cổ điển. Trong phương thức này, các đường số liệu tốc độ cao được nối giữa các bộ sử lý của tổng đài SPC để mang mọi thông tin báo hiệu. Mạng chuyển mạch Mạng chuyển mạch Các đường trung kế MP MP Đầu cuối Đầu cuối CCS CCS Đường báo hiệu Hình 3.1. Báo hiệu CCS. Các tổng đài SPC cùng với các đường báo hiệu tạo thành một mạng báo hiệu chuyển mạch gói riêng biệt. Năm 1968 CCITT đưa ra khuyến nghị về hệ thống báo hiệu kênh chung, và đầu tiên là báo hiệu CCS6. Năm 1979/ 80, CCITT giới thiệu hệ thống báo hiệu kênh chung mới CCS7, CCS7 mới được thiết kế cho mạng quốc gia và quốc tế sử dụng các trung kế số, tốc độ 64kbps. 3.2. Vai trò của hệ thống báo hiệu số 7 (CCS7). Hệ thống báo hiệu kênh liền kề CSA (Channel Associated Signalling) sử dụng chung một đường truyền cho cả tín hiệu báo hiệu và dữ liệu nên hạn chế về tốc độ truyền dữ liệu cũng như tốc độ truyền thoại vì thế mà tốc độ truyền báo hiệu cũng không thể nâng cao được. Hệ thống báo hiệu kênh chung số 7 với những ưu điểm khắc phục được những nhược điểm của báo hiệu liền kênh. Nó thích hợp cho cả thông tin dùng kỹ thuật tương tự và thông tin dùng kỹ thuật số. Trong hệ thống báo hiệu kênh chung CCS này các đường báo hiệu được tách rời riêng biệt với các đường trung kế của mạng dữ liệu thông tin nên có những ưu điểm sau: Được chuẩn hoá theo tiêu chuẩn quốc tế nên rất dễ dàng áp dụng vào mạng báo hiệu của từng quốc gia. Tốc độ truyền dữ liệu cao, có thể đạt tới tốc độ 64kb/s bằng tốc độ truyền tin hay cũng có thể truyền với tốc độ thấp hơn để thực hiện báo hiệu cho các đường trung kế tương tự. Do vậy đã rút ngắn thời gian thiết lập cuộc gọi. Dung lượng truyền báo hiệu lớn do một đường báo hiệu có thể cho phép mạng báo hiệu vài nghìn cuộc gọi cùng một lúc. Tính kinh tế: Do mạng báo hiệu kênh chung CCS7 so với các mạng báo hiệu khác cần ít thiết bị hơn nên chi phí ít hơn. Hệ thống báo hiệu kênh chung CCS7 sử dụng đường dây báo hiệu riêng biệt với đường truyền tin nên nó có thể thích hợp cho các dịch vụ viễn thông phi thoại khác như truyền số liệu, Fax, máy tính… Độ tin cậy cao do CCS7 sử dụng đường truyền báo hiệu dự phòng. Tính mềm dẻo: Do hệ thống báo hiệu này gồm rất nhiều loại tín hiệu vì vậy có thể sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau đáp ứng cho nhiều loại mạng khác nhau như: Mạng thông tin di động mặt đất PLMN (Public Land Mobile Network). Mạng chuyển mạch thoại công cộng PSTN (Public Switching Telephone Network). Mạng số liệu đa dịch vụ ISDN (Intergreted Service Digital Network). Mạng trí tuệ IN (Intelligent Network). 3.3. Cấu trúc mạng báo hiệu số 7. Hệ thống báo hiệu số 7 được thiết kế tách rời khỏi mạng điện thoại. Mạng này dùng để chuyển mạch và truyền đi các bản tin báo hiệu dạng gói phục vụ cho thiết lập, giải phóng các cuộc gọi. Phương thức truyền báo hiệu trong mạng cũng như truyền từ mạng này sang mạng khác đều được thực hiện trên đường truyền X.25. Các thành phần báo hiệu trong mạng CCS7 bao gồm các điểm báo hiệu SP và các đường báo hiệu kết nối các điểm báo hiệu với nhau SSP: Điểm chuyển mạch dịch vụ SPC: Mã điểm báo hiệu STP: Điểm chuyển tiếp báo hiệu SPC SSP STP STP SSP SSP SSP SSP SSP STP STP SSP SSP SPC Hình 3.3. Cấu trúc chung mạng báo hiệu số 7. Điểm báo hiệu SP (Signalling Point). Là nơi thực hiện chức năng kết nối mạch thoại trong một tổng đài hay thực hiện chuyển mạch để kết nối mạch thoại từ tổng đài này đến tổng đài khác bằng việc: Phát đi các bản tin báo hiệu, sử lý các bản tin báo hiệu do các điểm báo hiệu khác gửi tới. Khả năng truy cập dữ liệu vào một hệ thống trong mạng. Hệ thống đầu cuối này phải có khả năng nhận các bản tin, định hướng tới cơ sở dữ liệu tương ứng đồng thời phải có khả năng duy trì việc truyền bản tin từ mạng báo hiệu CCS7 vào môi trường cơ sở dữ liệu một cách tin cậy. Các điểm báo hiệu SP thường được phân chia làm 3 loại: 3.3.1. Điểm chuyển mạch dịch vụ SSP (Service Switching Point). Trong mạng viễn thông thì SSP chính là một tổng đài (SPC) nội hạt trong mạng, nó bao gồm chuyển mạch thoại và chuyển mạch báo hiệu CCS7 hoặc cũng có thể là một máy tính được nối với trường chuyển mạch của tổng đài nội hạt trong mạng. Điểm chuyển mạch SSP được liên kết với hệ thống chuyển mạch trong tổng đài để tạo ra những gói giữ liệu báo hiệu và các bản tin báo hiệu để truyền trong mạng báo hiệu CCS7. Nó chuyển từ mạch thao tác thoại thành bản tin báo hiệu CCS7 truyền đi trong mạng tới tổng đài khác. 3.3.2. Điểm chuyển tiếp báo hiệu STP (Signalling Transfer Point). Việc truyền các bản tin trong hệ thống báo hiệu CCS7 từ một SSP đến một SSP khác trong mạng được thực hiện qua các điểm chuyển tiếp báo hiệu STP. STP làm nhiệm vụ định tuyến các bản tin báo hiệu trong mạng, nó nhận các bản tin khác nhau trong mạng và thực hiện các bản tin đó tới đích thích hợp dựa trên nội dung nó nhận được. Các STP là một hệ thống sử lý được kết nối với hệ thống chuyển mạch của tổng đài. Các tổng đài này ngoài chức năng chuyển mạch thoại nó còn truyển mạch gói báo hiệu. Để nâng cao độ tin cậy của CCS7 các STP thường phải có cấu trúc kép. Có thể phân STP theo 3 mức : Điểm truyền báo hiệu cấp quốc gia: Nó nằm trong chính mạng quốc gia, nó truyền bản tin bằng cách sử dụng các giao thức chuẩn quốc gia. Các bản tin trong mạng có thể được định tuyến qua các cấp STP khác nhau. Ngoài ra còn được phân nhỏ như hình sau: Mạng báo hiệu cấp vùng Mạng báo hiệu cấp quốc gia Mạng báo hiệu cấp vùng : STP cấp quốc gia. : STP cấp vùng. : SP Hình 3.3.2. Cấu trúc mạng báo hiệu trong nước. Thông thường các STP cấp quốc gia không có khả năng chuyển đổi các bản tin từ giao thức chuẩn quốc gia thành các giao thức chuẩn quốc tế. Thường việc chuyển đổi này được thực hiện tại điểm truyền báo hiệu cổng (Gate Way STP). Điểm truyền báo hiệu cấp quốc tế. Nó thực hiện các chức năng như STP cấp quốc gia nhưng sử dụng giao thức chuẩn quốc tế theo tiêu chuẩn do ITU-TS (bộ phận tiêu chuẩn viễn thông của ITU) được sử dụng để kết nối mạng trên toàn thế giới cho các nước, mặc dù các nước có thể khác nhau về cấu trúc mã điểm báo hiệu và quản trị mạng. Quốc gia 2 Quốc gia 1 Quốc gia 4 Quốc gia 3 STP cấp quốc tế STP cấp quốc gia Hình 3.2.2. Mạng báo hiệu quốc tế. Điểm truyền báo hiệu cổng (Gate Way). Thực hiện chức năng chuyển đổi giao thức từ các loại chuẩn khác nhau ở mỗi quốc gia thành các giao thức chuẩn quốc tế ITU-TS hay thành một số chuẩn khác. Do đó không cần chuyển đổi giao thức trong mạng mà chính STP Gate way sẽ đảm nhận trách nhiệm này. 3.3.3. Điểm điều khiển dịch vụ SCP (Service Control Point). Điểm SCP làm nhiệm vụ như bộ kết nối giữa mạng báo hiệu CCS7 với hệ thống cơ sở dữ liệu. Bản thân SCP không lưu trữ thông tin mà nó làm nhiệm vụ kết nối với hệ thông cơ sở dữ liệu. Các hệ thống dữ liệu này thường kết nối với SCP thông qua chuyển mạch gói X.25. Do vậy bản thân SCP có thể thực hiện việc chuyển đổi giữa giao thức X.25 với các giao thức báo hiệu số 7. 3.3.4. Các kiểu báo hiệu trong CCS7. Để trao đổi thông tin với nhau giữa hai điểm báo hiệu. Mạng sử dụng 3 kiểu báo hiệu khác nhau tuỳ theo tuyến nối báo hiệu và kênh thoại mà nó phục vụ. Mode báo hiệu kênh kết hợp (Associated Signalling). Trong phương thức này thì tín hiệu báo hiệu và tín hiệu thoại được truyền trên các kênh khác nhau nhưng cùng truyền đi từ điểm báo hiệu này đến điểm báo hiệu khác. Phương thức báo hiệu này không tối ưu, không lý tưởng vì nó đòi hỏi phải có đường báo hiệu từ tổng đài này tới tổng đài khác trong mạng. SP SP : Kết nối tiếng. : Đường truyền báo hiệu. Hinh 3.3.1. Kiểu báo hiệu kết hợp. Kiểu bái hiệu không kết hợp (Non Associated Signalling). Trong trường hợp này, các bản tin báo hiệu giữa hai điểm báo hiệu được truyền trên một hoặc nhiều tập hợp quá giang STP khác nhau đối với tuyến thoại. Trong khi kênh thoại được kết nối trực tiếp từ tổng đài này đến tổng đài kia. STP STP STP SSP SSP Hình 3.3.4. Kiểu báo hiệu không kết hợp. Báo hiệu tựa kết hợp (Quasi Associated Signalling). Trong trường hợp báo hiệu này thì đường báo hiệu được chọn truyền tới đích là ngắn nhất. Do đó có thể coi là trường hợp riêng của báo hiệu không kết hợp. Do Vậy thời gian trễ là nhỏ nhất. SSP STP STP SSP Hình 3.3.3. Kiểu báo hiệu tựa kết hợp. 3.3.5. Các đường báo hiệu. Các đường dữ liệu được gọi tên theo chức năng, vị trí kết nối các điểm báo hiệu trên mạng. Không có sự khác nhau thực chất trong mạng mà chỉ khác nhau về loại bản tin mà nó truyền đi với cách thức quản lý mạng tác động đến nó. Tất cả các đường báo hiệu CCS7 được nối với nhau bằng các đường dữ liệu báo hiệu với tốc độ 56kbps (theo tiêu chuẩn bắc Mỹ) hoặc 64kbps (theo tiêu chuẩn Châu Âu), với tốc độ 4,8kb/s (là của Nhật Bản). Các đường báo hiệu là hai chiều, sử dụng cả phát và thu kép để thực hiện truyền dẫn đồng thời. Trong đó tập hợp các đường báo hiệu nối trực tiếp hai điểm báo hiệu liền kề với nhau được gọi là cụm (Link set). Khi một đường báo hiệu trong một cụm bị lỗi thì thiết bị chuyển mạch sẽ chuyển lưu lượng trên đường báo hiệu bị lỗi sang đường báo hiệu khác trong cùng một cụm. Trong đó tối đa một cụm là 16 đường báo hiệu. Ngoài các đương báo hiệu, cụm báo hiệu thì trong mạng báo hiệu số 7 còn phân biệt tuyến báo hiệu (Signalling-Route) bao gồm việc định tuyến báo hiệu từ một điểm báo hiệu này đến một điểm báo hiệu bất kỳ trong mạng. Trong quá trình hoạt động nếu một tuyến báo hiệu nào đó bị lỗi thì sẽ được thay thế bằng một tuyến khác ngay lập tức để đảm bảo các bản tin báo hiệu luôn đến đích an toàn. Mỗi một đích là một địa chỉ có trong bảng tạo tuyến của một nút mạng. Tập hợp các tuyến báo hiệu cho phép kết nối hai điểm bất kỳ trong mạng gọi là cụm tuyến (Route Set). SCP SCP STP A A C D D STP E E B STP STP A A B F F C C A STP STP Hình 3.3.5. Sáu loại hình báo hiệu dùng trong CCS7. Đường truyền báo hiệu kiểu A (Asccess Link). Đường kết nối giữa SSP với STP hay kết nối giữa SCP với STP đường này dùng để truy cập vào đường truyền dữ liệu trong mạng thông qua STP. Do trong mạng báo hiệu CCS7 các điểm báo hiệu thường được thiết kế theo kiểu dự phòng nên tại một điểm báo hiệu thường có ít nhất hai đường báo hiệu kiểu A được kết nối với một cặp STP là 32 đường. Đường truyền báo hiệu kiểu B (Bridge Link). Đường B dùng để nối một cặp STP dự phòng này tới một cặp STP dự phòng khác. Mỗi cặp STP này có thể có tối đa là 8 đường báo hiệu kiểu B. Đường truyền báo hiệu kiểu C (Cross link). Đường C dùng để nối các cặp STP trong một cặp STP dự phòng. Khi mạng làm việc bình thường thì các đường truyền kiểu C chỉ làm nhiệm vụ truyền đi các bản tin quản lý mạng giữa STP. Khi có hiện tượng tắc nghẽn trong mạng mà chỉ còn mỗi đường truyền báo hiệu kiểu C thì lúc này các bản tin trong mạng mới có thể được phép truyền trên đường báo hiệu này.Tối đa kiểu C gồm 8 đường để nối giữa STP trong một cặp. Đường truyền báo hiệu kiểu D (Diagonal link). Đường truyền báo hiệu kiểu D dùng để kết nối cặp STP ở mức cơ bản với một cặp STP ở mức thứ cấp. Chỉ khi có sự phân cấp về mạng thì mới có đường này. Nhiệm vụ của nó giống như kiểu đường B, số lượng lớn nhất là cho phép kết nối cặp STP với một cặp STP ở mức cao hơn 8 đường. Đường truyền báo hiệu kiểu E (Extended Link). Đường truyền báo hiệu kiểu E dùng để kết nối một cặp STP ở xa (Remote STP) với một cặp SSP. Khi một cặp STP bị tắc nghẽn thì đường này làm nhiệm vụ truyền bản tin báo hiệu thay cho đương kiểu A để đảm bảo việc thông suốt tín hiệu báo hiệu. Số đường truyền báo hiệu kiểu E có thể đấu tới đích STP ở xa là 16 đường. Đường truyền báo hiệu kiểu F (Fully Associated Link). Việc truyền bản tin giữa hai tổng đài với lưu lượng lớn khi đó lưu lượng truyền bản tin giữa hai SSP là lớn thì lúc đó giữ hai SSP sẽ được nối bằng đường báo hiệu kiểu F cho phép truyền bảm tin trực tiếp với nhau, hoặc khi SSP không thể kết nối được với STP thì cũng thiết lập đương kiểu F. Đường này cho phép thâm nhập vào cơ sở dữ liệu trong mạng CCS7. Khi thiết lập đường tới STP hơi khó khăn thì chỉ có các thủ tục thiết lập, giải phóng cuộc gọi giữa hai tổng đài mới truyền trên đường báo hiệu kiểu này. 3.4. Sự tương ứng giữa CCS7 và mô hình OSI. CCS7 được CCITT công bố vào đầu năm 1980. Cùng măm này tổ chức tiêu chuẩn quốc tế (ISO) đã giới thiệu mô hình OSI. CCS7 là kiểu thông tin chuyển mạch gói, có cấu trúc gần giống với mô hình OSI. Báo hiệu số 7 có 4 mức, 3 mức thấp hợp thành phần chuyển bản tin MTP, Mức thứ 4 gồm các phần ứng dụng hay có thể phân ra 2 phần chính: Phần cung cấp dịch vụ cho người sử dụng. Phần truyền bản tin MTP (Message Transfer Part). Trong đó MTP được phân ra làm 3 mức tương ứng với 3 phân lớp trong mô hình OSI. MTP-1: Tương ứng với lớp vật lý. MTP-2: Tương ứng với lớp liên kết dữ liệu. MTP-3: Tương ứng với lớp mạng. CCS7 OMAP OSI ISUP TUP ứng dụng TCAP Trình bày TCAP Lớp phiên 4 Truyền tải Lớp mạng 3 MTP Lớp mạng Lớp liên kết dữ liệu 2 Lớp vật lý Liên kết dữ liệu 1 Hình 3.4. Mối quan hệ giữa CCS7 và OSI. 3.5. Cấu trúc phần truyền tải bản tin MTP. MTP là phần chung cho tất cả người sử dụng, nó bao gồm các lớp liên kết số liệu báo hiệu (lớp 1) và hệ thống điều khiển chuyển bản tin. Hệ thống điều khiển chuyển bản tin lại được chi làm 2 phần: Chức năng liên kết báo hiệu (Lớp 2) và chức năng mạng báo hiệu (Lớp 3). Lớp 4 Lớp 3 Lớp 2 Lớp 1 Phần truyền bản tin-MTP Liên kết báo hiệu UPs Chức năng mạng báo hiệu Chuyển tiếp bản tin báo hiệu Liên kết dữ liệu báo hiệu Chứcnăng liên kết báo hiệu Điều khiển mạng báo hiệu : Bản tin báo hiệu. : Điều khiển báo hiệu. Hình 3.5.a. Cấu trúc chung các chức năng hệ thống báo hiệu. MTP đảm bảo truyền tải và phân phối thông tin của phần người sử dụng qua mạng báo hiệu CCS7. Nó cũng có khả năng phản ứng các sự cố của mạng và hệ thống khi các sự cố này ảnh hưởng đến thông tin của các UP và khả năng đưa ra các biện pháp cần thiết để đảm bảo truyền các thông tin một cách tin cậy. Phần người sử dụng MTP là: ISDN-UP, TUP, SCCP, và DUP. Tổng đài A Tổng đài B MTP TUP TUP MTP DUPP DUPP ISSD-UP ISSD-UP MAP MAP TCAP SCCP TCAP SCCP BSSAP BSSAP Hình 3.5.b. MTP là môi trường truyền dẫn chung giữa các người sử dụng. Các ký hiệu: TUP: Phần người sử dụng điện thoại. DUP: Phần người sử dụng số liệu. ISUP-UP: Phần người sử dụng ISDN. SCCP: Phần điều khiển nối thông báo hiệu. TCAP: Phần ứng dụng các khả năng trao đổi. MAP: Phần ứng dụng di động. BSSAP: Phần ứng dụng trạm gốc. Các chức năng của MTP được chia thành các mức chức năng sau: MTP lớp 1: Các chức năng đường truyền số liệu báo hiệu. MTP lớp 2: Các chức năng đường truyền. MTP lớp 3: Các chức năng mạng báo hiệu. 3.6.1. Các chức năng đường truyền số liệu báo hiệu MTP - 1: Lớp này xác định các đặc tính chức năng điện và vật lý của một đường truyền số liệu báo hiệu và phương tiện để thâm nhập đến đường truyền báo hiệu này. Đây là một đường truyền dẫn song phương các bản tin báo hiệu giữa hai điểm báo hiệu. Nó được tạo ra từ một kênh truyền dẫn số 64kb/s và các tổng đài số hay các thiết bị đầu cuối đảm bảo giao tiếp với các đầu cuối báo hiệu. Mức1 Mức2 Mức2 Đường truyền số liệu báo hiệu GSD GSD GSD ETC ETC ST-7 PCD-D ST-7 PCD-D 64kb/s 0 1 31 31 0 1 31 31 2Mb/s Kênh báo hiệu Kênh báo hiệu Hình 3.6.1. Liên kết báo hiệu MTP-1. Các ký hiệu: ETC: Mạch đầu cuối tổng đài. PCD-D: Mạch ghép kênh số (luồng 64kb/s). GSD: Thiết bị chuyển mạch nhóm. ST-7: Đầu cuối báo hiệu số 7. Đường truyền báo hiệu được truyền qua thiết bị truyển mạch nhóm GSD theo lệnh của tổng đài sau đó được nối thông bán vĩnh cửu. Thiết bị mã hoá số (PCD-D) phân chia/ ghép luồng 2Mb/s thành các luồng 64kb/s nối với các đầu báo hiệu ST-&. 3.6.2. Các chức năng đường truyền báo hiệu MTP - 2: Số liệu nhận được từ đường truyền số liệu được biến đổi vào các tín hiệu tương ứng, sau đó được sử lý ở lớp 2 của MTP, lớp này kiểm tra số liệu để sửa và phát hiện các lỗi xảy ra trên đường truyền. Các chức năng đường truyền sử lý báo hiệu lưu lượng trên đường truyền báo hiệu và được thực hiện ở đầu cuối báo hiệu số 7. Các chức năng lớp 2 cũng giống như đường truyền số liệu lớp 1 tạo nên vật mang để cung cấp đường tuyền báo hiệu tin cậy cho các bản tin giữa hai điểm báo hiệu. Khi bản tin ở lớp cao hơn được truyền trên đường báo hiệu bằng các khối bản tin có độ dài thay đổi. Để đảm bảo truyền tin cậy, khối chức năng C7ST chứa các chức năng để giới hạn các khối tín hiệu, để tránh việc lặp lại cờ, để phát hiện lỗi, để sửa lỗi và để giám sát đường truyền số liệu báo hiệu. Khuôn mẫu bản tin báo hiệu. Với các loại thông tin báo hiệu của phần người sử dụng được truyền trên đường báo hiệu bằng các đơn vị báo hiệu (SU) với 3 loại bản tin cơ bản: Đơn vị tín hiệu bản tin MSU (Message Signalling Unit). F B F CK SIF SIO LI I FSN I BSN F B B Truyền bít thứ nhất 8 16 8n,n>=2 8 2 6 1 7 1 7 8 Đơn vị