Ứng dụng báo hiệu số 7 trong mạng GSM

Phần II ứng dụng báo hiệu số 7 trong mạng gsm chương 3 tổng quan về báo hiệu ccs7 3.1 Khái niệm chung về báo hiệu Trong thông tin điện thoại, báo hiệu nghĩa là chuyển và hướng dẫn thông tin từ một điểm tới điểm khác thích hợp để thiết lập, giám sát và giải phóng cuộc gọi thoại. Thông thường tín hiệu báo hiệu được chia làm hai loại : tín hiệu Báo hiệu mạch vòng thuê bao và tín hiệu Báo hiệu giữa các tổng đài. Tín hiệu báo hiệu giữa các tổng đài lại được chia thành tín hiệu Báo hiệu kênh liên kết (CAS), thí dụ như tín hiệu báo hiệu ở kênh thoại ở trong băng) hoặc ở kênh liên kết gần với kênh thoại, và tín hiệu Báo hiệu kênh chung (CCS), có nghĩa là tất cả các tín hiệu Báo hiệu ở một kênh tách biệt với kênh thoại và kênh tín hiệu báo hiệu này được dùng cho một số lớn các kênh thoại. Hình 3.1 Phân loại tín hiệu báo hiệu Tín hiệu báo hiệu Tổng đài nối tới tổng đài Thuê bao nối tới tổng đài CCS CAS Báo hiệu giữa các tổng đài : Thông tin báo hiệu giữa các tổng đài bao gồm tín hiệu đường dây và tín hiệu của bộ đăng ký. Các tín hiệu của bộ đăng ký được sử dụng trong thời gian thiết lập cuộc gọi để chuyển giao địa chỉ và loại thông tin. Các tín hiệu đường dây được sử dụng trong toàn bộ thời gian của cuộc gọi để giám sát trạng thái của đường dây. Cho tới những năm 1960 tất cả các tín hiệu báo hiệu như vậy được mang hoặc liên kết trực tiếp với kênh thoại. Kiểu báo hiệu truyền thống như thế thường được gọi là báo hiệu kênh liên kết. Hình 3.2 Các tín hiệu của báo hiệu giữa các tổng đài Tổng đài Tổng đài Chiếm Thừa nhận chiếm Con số của B B trả lời Đàm thoại Xoá ngược Xoá thuận 3.2 Một số loại báo hiệu Báo hiệu kênh liên kết (CAS : Channel Associated Signalling) Một số thí dụ của hệ thống Báo hiệu kênh liên kết (CAS) : 1VF : Một tần số thoại (xung thập phân). 2VF : Hai tần số thoại (CCITT #4). MFP : Xung đa tần (CCITT #5, R1). MFC : Đa tần hoàn toàn (CCITT R2, LME MFC). Tên của các hệ thống báo hiệu này cho thấy rằng hầu hết các cách phát tín hiệu phổ biến là 8 dạng xung hoặc dạng tone (kết hợp của các tần số tone). Đặc trưng của loại báo hiệu này là với mỗi kênh thoại có một đường tín hiệu báo hiệu xác định rõ ràng : hoặc ở đường thoại, nghĩa là các tín hiệu được chuyển giao ở kênh thoại, thí dụ như báo hiệu trong băng, hoặc ở kênh liên kết nghĩa là các tín hiệu được chuyển giao ở kênh báo hiệu tách biệt, thí dụ như cách sắp xếp đa khung ở PCM thì các tín hiệu đường dây được chuyển giao ở khe thời gian thứ 16. Tất cả các hệ thống báo hiệu này có một số hạn chế như : tương đối chậm, dung lượng thông tin bị hạn chế. Báo hiệu kênh chung (CCS :Common Channel Signalling) Vào những năm 1960 khi những tổng đài được điều khiển đã lưu trữ được đưa vào mạng điện thoại thì rõ ràng là khái niệm báo hiệu mới có thể đưa ra nhiều ưu điểm hơn so với hệ thống báo hiệu truyền thống. Trong khái niệm báo hiệu mới này, các đường truyền báo hiệu tốc độ cao giữa các bộ xử lý của các tổng đài SPC được sử dụng để mang tất cả các báo hiệu còn các mạch thoại để mang tiếng nói. Loại báo hiệu này được gọi là báo hiệu kênh chung (CCS). Báo hiệu được thực hiện ở cả hai hướng, với một kênh báo hiệu cho mỗi hướng. Thông tin báo hiệu sẽ được chuyển giao được tạo nhóm thành các khối tín hiệu (gói số liệu). Bên cạnh những thông tin chỉ dành cho báo hiệu, cũng cần có sự nhận dạng mạch thoại, thông tin địa chỉ (nhãn) và thông tin về điều khiển lỗi. Các tổng đài điều khiển bằng chương trình đã lưu trữ (SPC) cùng với các kênh báo hiệu sẽ tạo thành mạng báo hiệu chuyển mạch gói logic riêng biệt. Hiện nay có hai loại tín hiệu chuẩn khác nhau cho báo hiệu kênh chung khả dụng : Hệ thống báo hiệu số 6 của CCITT, nó ra đời vào năm 1968. Hệ thống báo hiệu kênh chung CCITT No 6 được thiết kế tối ưu cho lưu lượng liên lục địa, sử dụng các đường dây Analog. Các đường truyền làm việc với tốc độ thấp 2,4 Kb/s với độ dài bản tin bị hạn chế và không có cấu trúc phân mức mà có cấu trúc đơn. Vì những hạn chế trên nên hệ thống này không đáp ứng được sự phát triển của mạng lưới. Hệ thống báo hiệu số 7 của CCITT, nó được giới thiệu vào những năm 1979 / 1980 dành cho các mạng quốc gia và quốc tế, sử dụng các trung kế số. Tốc độ truyền dẫn báo hiệu cao (64 Kbit/s). Trong thời gian này giải pháp phân lớp trong giao tiếp thông tin đã được phát triển tương đối hoàn chỉnh, đó là hệ thống giao tiếp mở OSI, và giải pháp phân lớp trong mô hình OSI này đã được ứng dụng trong hệ thống báo hiệu kênh chung số 7. Hệ thống báo hiệu kênh chung số 7 cũng có thể được sử dụng ở các đường dây Analog. Hệ thống báo hiệu số 7 của CCITT không những được thiết kế để điều khiển thiết lập và giám sát các cuộc gọi thoại mà còn cho các cuộc gọi của các dịch vụ phi thoại. Hệ thống này có một số ưu điểm so với báo hiệu truyền thống. Nhanh : trong hầu hết các trường hợp, thời gian thiết lập cuộc gọi giảm dưới một giây. Dung lượng cao : mỗi kênh báo hiệu có thể xử lý tín hiệu báo hiệu cho vài nghìn cuộc gọi cùng một lúc. Kinh tế : cần ít thiết bị hơn so với hệ thống báo hiệu truyền thống. Tin cậy : nhờ sử dụng các tuyến báo hiệu xen, mạng báo hiệu có thể có độ tin cậy cao. Linh hoạt : hệ thống có thể chứa nhiều tín hiệu, có thể sử dụng cho nhiều mục đích, chứ không chỉ cho điện thoại. Do có nhiều ưu điểm như trên, nên hệ thống báo hiệu số 7 của CCITT được sử dụng cho các dịch vụ viễn thông mới trong mạng như : PSTN : Mạng chuyển mạch điện thoại công cộng. ISDN : Mạng số liên kết đa dịch vụ. IN : Mạng thông minh. PLMN: Mạng thông tin di động mặt đất (đặc biệt là mạng di động số). 3.3 Hệ thống báo hiệu số 7 của CCITT 3.3.1 Các khái niệm cơ bản 3.3.1.1 Điểm báo hiệu Điểm báo hiệu (SP-Signalling Point) là nút chuyển mạch hoặc xử lý trong mạng báo hiệu có thể thực hiện các chức năng của hệ thống báo hiệu số 7 của CCITT. Tổng đài điện thoại có chức năng như là điểm báo hiệu thì phải là tổng đài loại điều khiển bằng chương trình đã lưu trữ SPC vì báo hiệu số 7 là thông tin số liệu giữa các bộ xử lý. Tất cả các điểm báo hiệu trong mạng báo hiệu số 7 được nhận dạng bằng một mã duy nhất (14 bit) được gọi là mã của điểm báo hiệu. Kênh báo hiệu / Chùm kênh báo hiệu Hệ thống báo hiệu kênh chung sử dụng các kênh báo hiệu (SL) để chuyển tải thông tin báo hiệu giữa hai điểm báo hiệu. Về mặt vật lý, kênh báo hiệu bao gồm kết cuối báo hiệu ở mỗi đầu của kênh và vài loại môi trường truyền dẫn (thường là khe thời gian ở đường truyền PCM) đấu nối 2 kết cuối báo hiệu. Một số các kênh báo hiệu song song đấu nối trực tiếp hai điểm báo hiệu với nhau tạo thành chùm kênh báo hiệu. Các phương thức báo hiệu Phương thức báo hiệu là sự kết hợp giữa đường chuyển thông tin báo hiệu và đường thoại (hoặc là đường số liệu) mà thông tin báo hiệu có liên quan tới. Có hai phương thức báo hiệu là : Phương thức báo hiệu kết hợp : các thông tin báo hiệu liên quan đến cuộc gọi đi theo cùng đường với tín hiệu thoại giữa hai điểm kề nhau. SP SP Mối liên hệ báo hiệu Chùm kênh báo hiệu Hình 3.3 Phương thức báo hiệu kết hợp Phương thức báo hiệu gần kết hợp : các thông tin báo hiệu liên quan đến cuộc gọi được chuyển trên 2 hoặc nhiều chùm kênh báo hiệu ở tandem đi qua một hoặc nhiều điểm báo hiệu khác với điểm báo hiệu nguồn và điểm báo hiệu đích của thông tin báo hiệu. Các thông tin báo hiệu được chuyển trên tuyến khác với tuyến thoại. SP SP Hình 3.4 Phương thức báo hiệu gần kết hợp Chùm kênh báo hiệu Mối liên hệ báo hiệu STP STP Các điểm báo hiệu mà thông tin báo hiệu đi qua được gọi là các điểm chuyển giao báo hiệu (STP). Các loại điểm báo hiệu Điểm báo hiệu nơi mà thông tin báo hiệu được tạo ra được gọi là điểm nguồn. Điểm báo hiệu nơi mà thông tin báo hiệu đi đến đích gọi là điểm đích. Điểm báo hiệu nơi mà thông tin báo hiệu thu được trên một kênh báo hiệu và sau đó chuyển giao cho các kênh khác mà không xử lý nội dung của tin báo thì được gọi là điểm chuyển giao báo hiệu (STP). ở phương thức báo hiệu gần kết hợp, tin báo được chuyển qua một hoặc nhiều STP trên đường từ điểm nguồn tới điểm đích. Tuyến báo hiệu / Chùm tuyến báo hiệu Tuyến báo hiệu là một đường đã được xác định trước để tin báo đi qua mạng báo hiệu giữa điểm báo hiệu nguồn và điểm báo hiệu đích. Tuyến báo hiệu bao gồm một chuỗi SP/STP và được đấu nối với nhau bằng các kênh báo hiệu. Tất cả các tuyến báo hiệu mà thông tin báo hiệu có thể sử dụng để đi qua mạng báo hiệu giữa điểm báo hiệu nguồn và điểm báo hiệu đích được gọi là chùm tuyến báo hiệu cho mối quan hệ báo hiệu đó. Các bản tin báo hiệu ở báo hiệu kênh chung, thông tin báo hiệu được truyền tải theo cách khác so với các hệ thống báo hiệu truyền thống mà các tín hiệu được truyền tải ở dạng xung, các tone, các mã tone ... ở Hệ thống báo hiệu số 7 (SS7) của CCITT, thông tin báo hiệu được truyền tải ở các khối tín hiệu, tức là các gói các con số nhị phân (0,1) bố trí như là bản ghi số liệu với các trường, trong đó các tổ hợp bit có ý nghĩa khác nhau. Thực chất SS7 của CCITT là một dạng thông tin số liệu chuyển mạch gói. Trong SS7 của CCITT có 3 loại đơn vị tín hiệu : Khối tín hiệu tin báo (MSU - Message Signal Unit) chứa các thông tin báo hiệu. Khối tín hiệu trạng thái kênh (LSSU - Link State Signal Unit) được sử dụng để điều hành các kênh báo hiệu. Khối tín hiệu làm đầy FISU được sử dụng như là làm đầy các tín hiệu và để chấp nhận. Khuôn dạng của khối tín hiệu tin báo MSU. F CK SIF SIO LI Sửa lỗi Bit thứ nhất được phát F 8 16 8n, n>2 8 2 6 16 8 Bit thứ nhất được phát Khuôn dạng của khối tín hiệu trạng thái kênh LSSU. F CK SF LI Sửa lỗi F 8 16 8 hoặc 16 2 6 16 8 Khuôn dạng của khối tín hiệu thay thế FISU. F CK LI Sửa lỗi Bit thứ nhất được phát F 8 16 2 6 16 8 Hình 3.5 Các đơn vị tín hiệu trong SS7 của CCITT ở hình trên : F = cờ hiệu CK = kiểm tra SF = trường trạng thái SIF = trường thông tin báo hiệu SIO= octet thông tin dịch vụ LI = phần tử chỉ thị độ dài Các khuôn dạng và mã tin báo Đơn vị tín hiệu bao gồm một số trường. Một trường (ở MSU), đó là trường thông tin báo hiệu (SIF - Signalling Information Field) phải làm việc với các phần của người sử dụng, tất cả các trường khác chứa thông tin cho phần chuyển giao báo hiệu (MTP). Trường thông tin báo hiệu chứa thông tin báo hiệu ở phần của người sử dụng và nhãn hiệu. Nội dung còn lại của các trường trong MSU như sau : Octet thông tin dịch vụ (SIO - Service Information Octet) : chứa thông tin thuộc về MSU của phần người sử dụng. Phần chỉ thị độ dài (LI - Length Indicator) : chỉ thị số các octet trong các trường giữa trường LI và trường CK. Điều này làm cho nó có khả năng phân biệt giữa ba loại tín hiệu như sau : LI = 0 là khối tín hiệu làm đầy FISU. LI = 1 hoặc 2 là khối tín hiệu trạng thái kênh LSSU. LI > 2 là khối tín hiệu tin báo MSU. CK kiểm tra các bit để phát hiện các lỗi bit. Việc “sửa lỗi” bao gồm 4 trường, đó là : số trình tự thuận (FSN - Forward Sequence Number), số trình tự nghịch (BSN - Backward Sequence Number), bit chỉ thị hướng thuận (FIB - Forward Indicator Bit) và bit chỉ thị hướng nghịch (BIB - Backward Indicator Bit). Những trường này được sử dụng trong các phương pháp sửa lỗi để kiểm tra trình tự và yêu cầu phát lại. Cờ F (Flag) chỉ thị sự bắt đầu và kết thúc tin báo. Bit thứ nhất được phát F CK SIF SIO LI Sửa lỗi F 8 16 8n, n>2 8 2 6 16 8 Thông tin của người sử dụng Nhãn hiệu TUP MTP Hình 3.6 Khối tín hiệu tin báo Mô hình OSI và SS7 của CCITT Mô hình OSI Mô hình tham khảo này cung cấp cấu trúc lý thuyết thuần tuý cho hệ thống thông tin máy tính. Nó gồm 7 lớp phân cấp. Mô hình OSI đưa ra cách cấu trúc để xác định các yêu cầu chức năng và kỹ thuật trong xử lý thông tin giữa các người sử dụng. Với mỗi lớp trong mô hình tham khảo có 2 loại tiêu chuẩn được tạo ra : Xác định dịch vụ : xác định chức năng mỗi lớp sẽ có và các dịch vụ lớp sẽ cung cấp cho người sử dụng hoặc cho lớp gần nhất trên nó. Chỉ tiêu kỹ thuật của giao thức : xác định các chức năng như thế nào ở một lớp trong một hệ thống tương tác và cấp tương ứng trong một hệ thống khác. Người sử dụng User Part A System Hệ thống B Application ứng dụng Presentation Trình bày Session Phiên Transportation Truyền tải Network Mạng Data Link Tuyến số liệu Physical Vật lý Mạch vật lý Hình 3.7 Mô hình tham khảo OSI Những ưu điểm của mô hình có cấu trúc kiểu này là giao thức trong một lớp có thể được trao đổi mà không ảnh hưởng tới các lớp khác và việc thực hiện các chức năng trong một lớp là tự do (tuỳ thuộc nhà cung cấp thiết bị). Mỗi lớp có các chức năng đặc biệt của nó và cung cấp các dịch vụ cụ thể cho các lớp ở trên. Một cách logic thì thông tin giữa các chức năng luôn xảy ra ở cùng mức theo các thủ tục - các giao thức cho mức đó. Các chức năng ở cùng mức có thể hiểu nhau. Trong thực tế, dữ liệu không được truyền trực tiếp từ tầng thứ i của hệ thống này sang tầng thứ i của hệ thống khác (trừ tầng vật lý). Mỗi tầng chuyển dữ liệu và thông tin điều khiển xuống tầng ngay dưới nó, cứ thế tiếp tục cho tới tầng thấp nhất của hệ thống tương ứng. ở hệ thống phát, giao thức ở mỗi lớp bổ sung thêm một số thông tin cho số liệu thu được từ lớp trên. Việc bổ sung thường bao gồm một tiếp đầu. ở hệ thống thu, việc bổ sung được sử dụng và bỏ đi ở lớp tương ứng. Khi số liệu đi tới lớp ứng dụng ở phía thu, nó chỉ có số liệu xuất phát ở lớp ứng dụng và ở hệ thống phát. Về vật lý, thông tin được chuyển giao từ lớp này đến lớp khác và mỗi lớp được bổ sung hoặc cắt đi thông tin của giao thức. Thông tin chạy dọc theo các lớp được gọi là dịch vụ gốc. Mô tả các lớp trong mô hình OSI : Lớp ứng dụng : lớp này cung cấp các dịch vụ hỗ trợ cho quá trình ứng dụng của người sử dụng và điều khiển tất cả các thông tin giữa các ứng dụng. Thí dụ có các giao thức để chuyển giao file, xử lý tin báo, lưu giữ, khai thác và bảo dưỡng. Lớp trình bày : lớp này xác định các số liệu được trình bày như thế nào, có nghĩa là dùng ngôn ngữ cú pháp nào để thể hiện. Lớp trình bày chuyển đổi cú pháp (ngôn ngữ) đã sử dụng ở các lớp ứng dụng thành cú pháp (ngôn ngữ) phổ biến cần thiết cho thông tin giữa các ứng dụng. Lớp phiên : lớp phiên thiết lập sự đấu nối giữa các lớp trình bày ở các hệ thống khác nhau. Nó cũng điều khiển sự đấu nối, sự đồng bộ của cuộc thoại và sự cắt cuộc thoại. Lớp truyền tải :lớp này đảm bảo rằng các dịch vụ đảm bảo chất lượng theo yêu cầu ứng dụng. Nó có các chức năng như : phát hiện lỗi, sửa lỗi. Lớp truyền tải tối ưu hoá thông tin số liệu như ghép hoặc tách các luồng số liệu trước khi chúng đi vào mạng. Lớp mạng : Cơ sở dịch vụ của lớp mạng là cung cấp một kênh thông suốt để truyền dẫn số liệu giữa các lớp truyền tải trong các hệ thống khác nhau. Lớp này thiết lập, duy trì và giải phóng sự đấu nối giữa các hệ thống, xử lý địa chỉ và định tuyến các mạch điện. Lớp liên kết số liệu : Lớp liên kết số liệu (hay tuyến số liệu) cung cấp các mạch điểm nối điểm không có lỗi giữa các lớp của mạng. Lớp này bao gồm các nguồn để phát hiện lỗi, sửa lỗi, điều khiển và truyền tải. Lớp vật lý : Lớp này cung cấp điện, cơ, các thủ tục và chức năng để hoạt động, bảo dưỡng các mạch vật lý để truyền dẫn các bit giữa các lớp liên kết số liệu. Lớp vật lý có chức năng biến đổi số liệu thành tín hiệu thích hợp với môi trường truyền dẫn.