Thứ Năm, 8 tháng 12, 2011

TỔNG QUAN VỀ GSM

1.1 Giới thiệu
Cung cấp cấu trúc tổng quan về mạng GSM, bao gồm các giải thích ngắn gọn về các hệ thống con (subsystem) và mô tả chức năng của các thành phần trong mỗi hệ thống con. Chương này bao gồm:
• Cấu trúc tổng quan
• Mobile Station (MS) Subsystem và các thành phần
• Base Station Subsystem (BSS) và các thành phần
• Network Switching Subsystem (NSS) và các thành phần
• Giới thiệu về các giao diện

1.2 Các số nhận dạng trong GSM
1.2.1 IMEI - International Mobile Equipment Identifier
IMEI là thông số duy nhất xác định phần cứng MS. Nó được đăng ký bởi nhà khai khác mạng và (tùy chọn) được lưu trong AuC cho các mục đích xác nhận hợp lệ.
1.2.2 IMSI - International Mobile Subcriber Identifier
Khi một thuê bao đăng ký với nhà khai thác mạng, thông số IMSI duy nhất được tạo ra và lưu trữ trên SIM của MS. Một MS chỉ có thể hoạt động với SIM hợp lệ và IMEI hợp lệ.
1.2.3 TMSI - Temporary Mobile Subcriber Identifier
TMSI được sử dụng để bảo vệ số nhận dạng thực (IMSI) của một thuê bao. Nó được tạo ra và lưu trữ trong VLR khi quá trình IMSI attach diễn ra hay cập nhât Location Area (LA) diễn ra. Tại MS, nó được lưu trong SIM của MS. TMSI này chỉ hợp lệ trong LA xác định.
1.2.4 MSISDN – Mobile Subscriber ISDN Number
MSISDN là số thuê bao di động. Nó được gán cho thuê bao bởi nhà khai thác mạng khi đăng ký và được lưu trong SIM. Có thể một MS có nhiều MSISDN, mỗi MSISDN liên đới với mỗi dịch vụ khác nhau.
1.2.5 MSRN – Mobile Station Roaming Number
MSRN là số ISDN tạm, phụ thuộc vào vị trí được tạo ra bởi VLR cho tất cả các MS trong khu vực phục vụ của nó. Nó được lưu trữ trong VLR và HLR nhưng không lưu trong MS. MSRN được sử dụng bởi MSC/VLR cho mục đích định tuyến cuộc gọi.
1.2.6 LAI – Location Area Identity
Mỗi LA trong PLMN có một số nhận dạng duy nhất (LAI). LAI được quảng bá đều đặn bởi các BTS trên kênh BCCH (Broadcast Control Channel),
1.2.7 CI – Cell Identifier
CI là một số nhận dạng được gán cho mỗi cell trong mạng. Tuy nhiên, CI chỉ duy nhất trong LA xác định. Khi kết hợp với LAI trong LA tương ứng, GCI (Global Cell Identity) được tạo ra và mang tính duy nhất.
1.2.8 BSIC – Base Station Identity Code
Mỗi BTS có một số nhận dạng duy nhất là BSIC và nó được sử dụng để phân biệt các BTS lân cận (neighbour).

1.3 Cấu trúc tổng quan


Click the image to open in full size.
Hình 1.1 Cấu trúc tổng quan mạng GSM

Chú thích:
MSC – Mobile Switching Centre
BSC – Base Station Controller
BTS – Base Transceiver Station
TRX – Transceiver
MS – Mobile Station
OMC – Operation and Maintenance Centre
PSTN – Public Switched Telephone Network
HLR – Home Location Register
VLR – Visitor Location Register
AuC – Authentication Centre
EIR – Equipment Identity Register

Một mạng GSM bao gồm ba hệ thống con:
• Mobile Station (MS)
• Base Station Subsystem (BSS) – bao gồm BSC và các BTS
• Network Switching Subsystem (NSS) – bao gồm MSC và các thanh ghi tương ứng
Các giao diện được xác định giữa các hệ thống con này bao gồm:
• Giao diện A giữa NSS và BSS
• Giao diện Abis giữa BSC và BTS (trong BSS)
• Giao diện Um vô tuyến giữa BSS và MS

1.4 Mobile Station (MS)
MS bao gồm một thiết bị vật lý được sử dụng bởi thuê bao PLMN để kết nối với mạng. Nó bao gồm Mobile Equipment (ME) và Subcriber Identity Module (SIM).
• SIM lưu trữ IMSI, MSISDN, khóa xác thực Ki và giải thuật dùng cho kiểm tra xác thực.
• ME có số xác nhận IMEI duy nhất, được sử dụng bởi EIR.

1.5 Base Station Subsystem (BSS)
BSS bao gồm các thiết bị trạm gốc (transceivers, controllers…) được nhìn thấy bởi MSC thông qua giao diện A. Thiết bị vô tuyến của một BSS có thể hỗ trợ một hay nhiều cell.
BSS có thể bao gồm một hay nhiều trạm gốc, tại đó giao tiếp Abis được thực thi. BSS bao gồm một BSC và một hay nhiều BTS.
Chức năng của BTS:
• Cung cấp truy cập vô tuyến cho các MS
• Quản lý các mặt về truy cập vô tuyến của hệ thống
BTS bao gồm:
• Thu phát vô tuyến (TRX)
• Các thiết bị xử lý và điều khiển tín hiệu
• Các Antenna và cáp feeder
Chức năng BSC:
• Cấp phát 1 kênh cho suốt một cuộc gọi
• Duy trì cuộc gọi:
o Giám sát chất lượng
o Điều khiển công suất truyền từ BTS hay MS
o Quyết định handover sang một cell khác khi cần thiết

Click the image to open in full size.


Hình 1.2 Sơ đồ đấu nối BSS

Các kiểu đấu nối BSS:
• Mắt xích
• Vòng
• Sao

1.6 Network Switching Subsystem (NSS)
1.6.1 Tổng quan về NSS
Các thành phần chính của NSS: MSC/VLR, HLR/AuC, EIR, GMSC.
Các thành phần này liên kết với nhau sử dụng báo hiệu số 7 (SS7).

Click the image to open in full size.


Hình 1.3 Tổng quan về NSS

1.6.2 Mobile Switching Centre (MSC)
Chức năng của MSC:
• Chuyển mạch cuộc gọi, điều khiển cuộc gọi và ghi nhật ký cuộc gọi
• Giao tiếp với PSTN, ISDN, PSPDN
• Quản lý di động (Mobility Management) thông qua mạng vô tuyến và các mạng khác
• Quản lý tài nguyên vô tuyến (Radio Resource Management) – handover giữa các BSC
• Thông tin tính cước
1.6.3 Visitor Location Register (VLR)
VLR là một cơ sở dữ liệu chứa các thông tin tạm của thuê bao trong một MSC area. Mỗi MSC trong mạng có một VLR liên đới nhưng một VLR có thể phục vụ nhiều MSC.
Khi MS di chuyển vào LA mới, nó sẽ bắt đầu quá trình đăng ký. MSC có nhiệm vụ thông báo việc đăng ký này và chuyển số xác định LA cho VLR. Nếu MS chưa được đăng ký trước đó, VLR và HLR trao đổi thông tin để cho phép việc quản lý cuộc gọi thích hợp cho MS đó.
VLR cũng bao gồm các thông tin cần thiết để quản lý việc thiết lập hay nhận cuộc gọi bởi các MS đã đăng ký trong cơ sở dữ liệu của nó. Các thành phần này bao gồm:
• IMSI
• MSISDN
• MSRN
• TMSI
• LMSI
• LA, tại đó MS tiến hành đăng ký
1.6.4 Home Location Register (HLR)
HLR là một cơ sơ dữ liệu có trách nhiệm quản lý các thuê bao di động. PLMN có thể có một hay vài HLR phụ thuộc vào số lượng thuê bao, dung lượng của thiết bị này và việc tổ chức trong mạng.
Có 2 nhóm thông tin được lưu trữ tại đây:
• Thông tin thuê bao
• Thông tin vị trí cho phép việc tính cước và định tuyến tới MSC với MS được xác định tại đấy (ví dụ MSRN, địa chỉ của VLR, địa chỉ của MSC, LMSI)
Hai kiểu số nhận dạng được attach cho mỗi thuê bao di động và được lưu trong HLR:
• IMSI
• Một hay nhiều số MSISDN
IMSI hay MSISDN có thể được dùng như là khóa để truy cập thông tin trong cơ sở dữ liệu cho một thuê bao di động.
1.6.5 Authencation Centre (AuC)
AuC được kết hợp với HLR, và lưu trữ khóa xác nhận cho mỗi thuê bao đã được đăng ký với HLR.
Khóa này dùng để tạo ra:
• Dữ liệu được sử dụng để xác thực IMSI
• Một khóa được sử dụng để bảo mật thông tin qua kênh vô tuyến giữa MS và mạng
1.6.6 Gateway Mobile Switching Centre (GMSC)
GMSC định tuyến các cuộc gọi ra ngoài mạng và là một điểm truy cập cho các cuộc gọi vào mạng từ bên ngoài.
1.6.7 Equipment Identity Register (EIR)
EIR là một cơ sở dữ liệu lưu trữ số nhận dạng IMEI cho ME.
EIR điều khiển truy cập vào mạng bằng cách trả về trạng thái của MS trả lời cho IMEI query tương ứng.
Các mức trạng thái:
• White-listed: Thiết bị đầu cuối được cho phép kết nối với mạng
• Grey-listed: Thiết bị đầu cuối đang được quan sát bởi mạng bởi các vấn đề có thể xảy ra
• Black-listed: Thiết bị đầu cuối được báo mất hay không phải là loại được phê chuẩn cho mạng GSM, do đó thiết bị đầu cuối không thể kết nối với mạng

Click the image to open in full size.
Hình 1.4 Các giao diện trong mạng GSM

1.7 Các giao diện trong GSM
1.7.1 Giao diện A (MSC-BSS)
Giao diện giữa BSS-MSC được dùng để mang các thông tin liên quan đến:
• Quản lý BSS
• Quản lý cuộc gọi
• Quản lý di động
1.7.2 Giao diện Abis (BSC-BTS)
Giao diện này được sử dụng giữa BSC và BTS để hỗ trợ các dịch vụ cho người dùng và thuê bao GSM. Giao diện này cũng cho phép việc điều khiển các thiết bị vô tuyến và tần số vô tuyến cấp phát cho BTS.
1.7.3 Giao diện B (MSC-VLR)
Bất cứ khi nào MSC cần dữ liệu liên quan tới một MS đang trong khu vực của nó, nó sẽ hỏi VLR thông qua giao diện này. Thí dụ khi mà MS bắt đầu thủ tục cập nhật vị trí với một MSC, MSC thông báo cho VLR của nó các thông tin liên quan.
1.7.4 Giao diện D (HLR-VLR)
Giao diện này được sử dụng để trao đổi dữ liệu liên quan đến vị trí của MS và việc quản lý thuê bao. Dịch vụ chính được cung cấp cho thuê bao di động là khả năng thiết lập hay nhận các cuộc gọi trong toàn bộ service area. Để hỗ trợ điều này, các thanh ghi vị trí phải trao đổi dữ liệu.
Trao đổi dữ liệu xảy ra khi thuê bao di động đòi hỏi dịch vụ cụ thể, khi muốn thay đổi dữ liệu attach trong thông tin thuê bao.
1.7.6 Giao diện E (MSC-MSC)
Khi MS di chuyển từ MSC area sang MSC area khác trong suốt cuộc gọi, thủ tục handover phải được tiến hành để có thể duy trì liên lạc. Bởi mục đích đó các MSC phải trao đổi dữ liệu để bắt đầu và thực hiện việc này
Sau khi handover hoàn tất, các MSC sẽ trao đổi thông tin để truyền tải báo hiệu giao diện A nếu cần thiết. Khi mà một thông điệp ngắn được truyền giữa MS và SMC (Short Message Service Centre), cả 2 chiều, giao diện này được dùng để truyền thông điệp giữa MSC phục vụ MS và MSC có giao diện với SC.
1.7.7 Giao diện F (MSC-EIR)
Giao diện này dùng cho trao đổi dữ liệu giữa MSC và EIR, mục đích để EIR có thể xác nhận trạng thái khi nhận được IMEI từ MS,
1.7.8 Giao diện G (VLR-VLR)
Khi MS di chuyển từ VLR area này sang VLR area khác, thủ tục đăng ký vị trí sẽ xảy ra. Thủ tục này có thể bao gồm việc lấy IMSI và các thông số xác thực trong VLR cũ.
1.7.9 Giao diện H (HLR-AuC)
Khi HLR nhận yêu cầu xác thực và mã hóa dữ liệu cho MS, HLR yêu cầu dữ liệu từ AuC. Giao thức được sử dụng để truyền dữ liệu thông qua giao diện này không được chuẩn hóa.
1.7.10 Giao diện Um (MS-BTS)
Giao diện này là giao diện vô tuyến.

1. Cấu trúc các kênh Logic của hệ thống GSM.





Trong hệ thống kênh Logic của GSM chia làm 2 loại nhóm kênh: Nhóm kênh báo hiệu và nhóm kênh lưu lượng.
*Nhóm kênh lưu lượng: chủ yếu dùng để phục vụ cho chế độ thoại ( khi bạn và đầu bên kia nói chuyện thông suốt với nhau đấy), trong một số chế dộ đặc biệt khác thì kênh lưu lượng cũng bị chiếm dụng để phục vụ cho các nhu cầu khẩn cấp khác như HandOver (chuyển giao cell phục vụ) chẳng hạn. Nhóm kênh này gọi chung là TCH (Traffic Channel). Có 2 loại với tốc độ truyền khác nhau:
-Kênh lưu lượng toàn tốc ( Fullrate TCH or TCH/F): Một kênh TCH/F sẽ chiếm trọn một TS ( Timeslot) của khung TDMA. Tốc độ truyền là 13kb/s cho thoại và 9.6 kb/s cho data.
-Kênh lưu lượng bán tốc ( Halfrate TCH or TCH/H): 2 kênh TCH/F sẽ cùng chiếm một TS của khung TDMA. Tốc độ truyền bị giảm đi một nửa: 6.5kb/s cho thoại và 4.8kb/s cho data.
Nếu hệ thống kích hoạt chế độ HR ( halfrate) thì chất lượng thoại của cuộc gọi sẽ bị giảm, nhưng bù lại số thuê bao phục vụ được của Cell sẽ tăng lên. Dùng để ứng phó trong trường hợp lưu lượng tăng đột biến và không thường xuyên, không tiến hành nâng cấp hệ thống kịp. Khi lưu lượng giảm xuống người ta lại bỏ chế độ HR. Thường thì HR được sử dụng kèm với một cơ chế nữa là AMR sẽ nói sau).
*Nhóm kênh báo hiệu: Các nhóm kênh này đúng như tê gọi sẽ đảm bảo cho các báo hiệu của hệ thống như: đồng bộ,quảng bá,cấp kênh ,thiết lập cuộc gọi, ....Được chia làm 3 nhóm chính sau:
-Nhóm kênh quảng bá: Broadcast Channel ( BCH)
Đây là kênh một chiều, theo đường xuống, được ấn định trên TS0 của khung TDMA. Gồm có các kênh:
FCCH: Kênh điều khiển tần số gửi tới MS (Mobile Station): gồm một cụm toàn bit 0, để MS dựa vào đó hiệu chỉnh tần số phát.
SCH: Kênh đồng bộ cho MS khả năng đồng bộ với trạm BTS( nhận biết các thông số nhận dạng trên hệ thống (BSIC)của BTS), biết được số khung TDMA.
BCCH:gửi các thông tin cụ thể về mạng, như quản lý tài nguyên vô tuyến và các bản tin điều khiển, ví dụ: mã nhận diện mạng MNC, LAI,….
-Nhóm kênh điều khiển chung: Common Control Channel (CCCH)
Bao gồm tất cả các kênh đường xuống điểm tới đa điểm (BTS tới một nhiều MS) và kênh truy nhập ngẫu nhiên đường lên:
AGCH: được sử dụng để ấn định 1 kênh dành riêng (SDCCH) tới MS.
PCH: kênh tìm gọi(pagging) gửi tín hiệu thông báo tới MS về 1 cuộc gọi đến.
CBCH: là 1 tùy chọn (có thể có hoặc ko) cho bản tin quảng bá SMS.
NCH: là 1 tùy chọn (có thể có hoặc ko) dùng cho dịch vụ quảng bá thoại (VBS).
Trong đó 2 kênh quan trọng nhất là AGCH và PCH. Kênh AGCH sẽ được gửi cho MS đã có yêu cầu cấp kênh điều khiển riêng sau khi hệ thống kiểm tra thấy tài nguyên còn trống, và yêu cầu của MS là hợp lệ. Còn kênh PCH sẽ được gửi cho tất cả các MS trong vùng phục vụ khi có một số thuê bao nào đó được gọi. Tất cả các MS sẽ nhận và giải mã bản tin này, nhưng chỉ có MS bị gọi mới trả lời cho hệ thống tìm gọi và đổ chuông.
-Nhóm kênh điều khiển riêng: Delicated Control Channel. (DCCH)
Bao gồm các kênh điều khiểm điểm- điểm, gồm cả 2 hướng (uplink/downlink). Các nhóm kênh này dùng để thiết lập một liên lạc riêng giữa một MS và hệ thống, qua đó hệ thống sẽ lắng nghe và thực hiện yêu cầu hợp lệ của MS đó.
SDCCH: Kênh điêu khiển dành riêng được sử dụng cho thiết lập cuộc gọi, LU và SMS.
SACCH: Kênh điều khiển liên kết chậm được sử dụng cho báo cáo đo và báo hiệu trong 1 cuộc gọi.
FACCH: Kênh điều khiển liên kết nhanh được sử dụng (khi cần) cho báo hiệu trong 1cuộc gọi, chủ yếu cho phân phát bản tin Handover và cho hồi báo khi TCH được gán.
Trong đó SACCH và FCCH được xem là chế độ chiếm kênh, do nó lấy các TS lẽ ra dành cho kênh lưu lượng để gửi những thông tin khẩn cấp cần thiết cho việc duy trì cuộc gọi. Vì chỉ chiếm số ít TS và ko liên tục nên hầu như người sử dụng cũng ko cảm nhận được sự thay đổi chất lượng thoại tại thời điểm bị chiếm kênh.

TỔNG QUAN VỀ CÁC TRAFFIC CASE



1. IDLE Mode


Click the image to open in full size.

Hình 1 Các Traffic Case khi MS trong IDLE Mode

1.1 IMSI Attach
Khi MS mở máy, quá trình IMSI attach diễn ra. Bao gồm các bước sau:
1. MS gửi thông điệp IMSI tới mạng để báo rằng nó đã chuyển sang trạng thái idle.
2. VLR xác định rằng đã có bản ghi dữ liệu (record) cho thuê bao hay chưa. Nếu chưa có, VLR liên hệ với HLR để lấy một bản sao về thông tin thuê bao.
3. VLR cập nhật trạng thái của MS là idle.
4. ACK được gửi tới MS.


Click the image to open in full size.

Hình 2 IMSI Attach

1.2 Cập nhật vị trí – dạng IMSI attach
Trong quá trình IMSI attach, VLR có thể xác định LAI hiện tại của MS khác với LAI đã lưu trong thông tin thuê bao của MS. Do đó, VLR cập nhật LAI của MS.

1.3 Thay đổi cell trong cùng LA
MS liên tục di chuyển trong mạng. Thông tin vị trí của MS được lưu trong VLR là LA. Nếu MS thay đổi cell trong cùng LA thì không cần phải cập nhật. MS biết rằng cell mới thuộc cùng LA bằng cách lắng nghe kênh BCCH (quảng bá LAI của cell). MS so sánh LAI trước đó và LAI mới nhận được. Nếu giống nhau nghĩa là MS không thay đổi LA và không cần thông báo cho mạng.

1.4 Cập nhật vị trí trong cùng MSC/VLR
Nếu MS phát hiện có thay đổi LAI trên BCCH, nó sẽ thông báo tới mạng. khi MS gửi thông điệp cập nhật vị trí, MSC/VLR xác định đó là MS đã được đăng ký hay MS di chuyển từ MSC/VLR khác.










Tấm hình này đã được thu nhỏ. Click vào đây để thấy toàn bộ tấm hình. Kích thước thật là 768x250.

Click the image to open in full size.

Hình 3 Cập nhật vị trí trong cùng MSC/VLR

1. MS lắng nghe kênh BCCH trong cell mới để xác định LAI. LAI mới được so sánh với LAI cũ. Nếu khác nhau, cập nhật vị trí là cần thiết.
2. MS thiết lập kết nối với mạng qua kênh SDCCH. Quá trình xác thực được thực hiện.
3. Nếu quá trình xác thực thành công, MS gửi yêu cầu cập nhật vị trí lên hệ thống.
4. Hệ thống trả về ACK và yêu cầu BTS và MS giải phóng kênh báo hiệu.

1.5 Cập nhật vị trí khác MSC/VLR
Khi MS chuyển sang LA mới, cập nhật vị trí được thực hiện. Tuy nhiên, LA có thể thuộc MSC/VLR mới. Khi yêu cầu cập nhật vị trí được nhận bởi VLR mới, các quá trình sau đây sẽ được thực hiện.
1. Quá trình xác thực được thực hiện. Nếu xác thực thành công, VLR kiểm tra cơ sở dữ liệu của nó để xác định nó đã có bản ghi dữ liệu cho MS hay chưa.
2. Khi VLR không tìm thấy bản ghi dữ liệu cho MS, nó gửi tới HLR yêu cầu bản sao thông tin thuê bao của MS.
3. HLR gửi thông tin cho VLR và cập nhật thông tin của nó về vị trí cho thuê bao. HLR yêu cầu VLR cũ xóa thông tin về MS của nó.
4. VLR lưu trữ thông tin thuê bao của MS, bao gồm vị trí mới nhất và trạng thái (idle). VLR gửi ACK tới MS.

Click the image to open in full size.


Hình 4 Cập nhật vị trí khác MSC/VLR

1.6 Cập nhật vị trí – dạng đăng ký theo chu kỳ
Đăng ký theo chu kỳ là một tính năng bắt buộc MS gửi bản tin đăng ký với mạng tại các thời điểm xác định trước. Nếu MS không thực hiện việc này, mạng sẽ xem như MS đã rời mạng (detach). Điều này có thể xảy ra khi MS ra ngoài vùng phủ và bảo đảm không cần phải paging đến MS này.
Nếu mạng sử dụng đăng ký theo chu kỳ, MS sẽ được thông báo trên BCCH rằng việc đăng ký theo chu kỳ diễn ra thường xuyên như thế nào. Đăng ký theo chu kỳ có một thông điệp ACK. MS cố gắng thực hiện việc đăng ký cho tới khi nhận được thông điệp này.

1.7 IMSI Detach
IMSI detach cho phép MS báo cho mạng rằng nó đã tắt máy. Khi tắt máy, MS gửi thông điệp IMSI Detach tới mạng. Khi nhận được thông điệp này, VLR đánh dấu IMSI này đã detach. HLR không được thông báo. Không có ACK được gửi tới MS.

1.8 Detach ngầm
Nếu MS gửi thông điệp IMSI detach tới mạng nhưng chất lượng kết nối vô tuyến xấu, hệ thống không thể giải mã thông tin này. Bởi không có ACK được gửi tới MS, nên sẽ không có quá trình thực hiện lại. Trong trường hợp này, hệ thống vẫn xem MS là attach. Nếu đăng ký theo chu kỳ được sử dụng, hệ thống sẽ sớm phát hiện MS đã detach. VLR thực hiện việc detach ngầm, đánh dấu MS đã detach.

2. Active Mode

Click the image to open in full size.


Hình 5 Các Traffic Case khi MS trong Active Mode

2.1 Cuộc gọi từ MS
Ví dụ một cuộc gọi được thực hiện từ MS đến một thuê bao trong PSTN. Quá trình xảy ra như sau:
1. MS dùng RACH yêu cầu kênh báo hiệu.
2. BSC/TRC cấp phát kênh báo hiệu, dùng AGCH.
3. MS gởi yêu cầu thiết lập cuộc gọi qua kênh SDCCH đến MSC/VLR. Qua SDCCH, các thủ tục báo hiệu cho cuộc gọi được thực hiện. Bao gồm:
• Đánh dấu MS trong trạng thái “active” trong dữ liệu của VLR
• Quá trình chứng thực
• Bắt đầu quá trình bảo mật (ciphering)
• Xác định thiết bị
• Gửi số thuê bao B tới mạng
• Kiểm tra thuê bao có dịch vụ “Chặn chiều gọi đi” hay không
4. MSC/VLR yêu cầu BSC/TRC cấp phát kênh TCH rảnh cho MS. BTS và MS được điều chỉnh đến kênh TCH này.
5. MSC/VLR chuyển số thuê bao được gọi (B-number) đến tổng đài của PSTN để thiết lập kết nối.
6. Nếu thuê bao trả lời, kết nối được thiết lập.

Click the image to open in full size.


Hình 6 Cuộc gọi từ MS tới PSTN

2.2 Cuộc gọi đến MS
Sự khác biệt giữa cuộc gọi tới MS và cuộc gọi từ MS là trong cuộc gọi tới MS, vị trí chính xác của thuê bao di động là chưa biết. Do đó, MS phải được xác định vị trí bằng cách sử dụng paging trước khi kết nối được thiết lập.
Hình 3.7 mô tả thủ tục thiết lập cuộc gọi từ thuê bao PSTN đến MS. Cuộc gọi từ MS đến một thuê bao di động khác cũng có quá trình tương tự chỉ khác là GMSC sẽ được kết nối với MSC/VLR khác thay vì là PSTN node.

Click the image to open in full size.


Hình 7 Cuộc gọi từ PSTN tới MS

1. PSTN phân tích số MSISDN của MS và xác định cuộc gọi là tới thuê bao mạng di động. Một kết nối được thiết lập đến GMSC của MS đó.
2. GMSC phân tích MSISDN để xác định HLR mà MS đăng ký và hỏi HLR thông tin định tuyến cuộc gọi đến MSC/VLR phục vụ.
3. HLR chuyển đổi MSISDN thành IMSI và xác định MSC/VLR đang phục vụ MS. HLR cũng kiểm tra dịch vụ “chuyển cuộc gọi đến số C”. Nếu có dịch vụ này, cuộc gọi sẽ được định tuyến bởi GMSC đến số này.
4. HLR yêu cầu MSRN từ MSC/VLR phục vụ.
5. MSC/VLR trả về MSRN thông qua HLR đến GMSC.
6. GMSC phân tích MSRN và định tuyến cuộc gọi đến MSC/VLR.
7. MSC/VLR biết LA của MS. Một thông điệp paging được gửi cho tất cả các BSC trong LA đó.
8. BSC phân phát thông điệp này đến các BTS trong LA. BTS gửi thông điệp này trên kênh PCH. Để tìm gọi (page) một MS, mạng dùng IMSI hoặc TMSI (chỉ hợp lệ trong vùng phục vụ MSC/VLR).
9. Khi MS phát hiện thông điệp paging, nó sẽ yêu cầu cấp kênh SDCCH trên kênh RACH.
10. BSC cấp phát kênh SDCCH, dùng AGCH.
11. SDCCH được sử dụng để thiết lập cuộc gọi:
• Đánh dấu MS trong trạng thái “active” trong dữ liệu của VLR
• Quá trình chứng thực
• Bắt đầu quá trình bảo mật (ciphering)
• Xác định thiết bị
MSC/VLR chỉ thị cho BSC/BTS cấp phát kênh TCH rảnh. BTS và MS được điều chỉnh đến kênh TCH này.
12. MS đổ chuông. Nếu thuê bao trả lời, kết nối được thiết lập.

2.3 Handover trong cùng BSC
Khi thực hiện handover giữa 2 cell trong cùng BSC, sẽ không liên quan tới MSC/VLR. Tuy nhiên, MSC/VLR sẽ được thông báo khi handover tiến hành xong. Nếu handover giữa các LA khác nhau, cập nhật vị trí được thực hiện sau khi cuộc gọi hoàn tất.
1. BSC yêu cầu BTS mới kích hoạt kênh TCH
2. BSC gởi thông điệp cho MS bao gồm thông tin về tần số và time slot và mức công suất tới MS thông qua BTS cũ bằng cách sử dụng kênh FACCH.
3. MS chuyển sang tần số mới và truyền burst truy cập handover trong time slot đúng. Bởi vì MS chưa có các thông tin TA, các burt handover rất ngắn (khoảng 8bit).
4. Khi BTS mới phát hiện các burst handover, nó gởi thông tin về TA trên kênh FACCH.
5. MS gởi thông điệp hoàn thành handover tới BSC thông qua BTS mới.
6. BSC yêu cầu RBS cũ giải phóng TCH cũ.

Click the image to open in full size.


Hình 8 Handover trong cùng BSC

2.4 Handover khác BSC, cùng MSC
Khi BSC khác liên quan trong handover, MSC/VLR phải liên quan để thiết lập kết nối giữa 2 BSC.
1. BSC cũ gởi tin nhắn yêu cầu handover tới MSC chứa nhận dạng của cell mới.
2. MSC biết BSC nào điều khiển cell mới này và gởi yêu cầu handover tới BSC này.
3. BSC mới yêu cầu BTS mới kích hoạt kênh TCH.
4. BSC mới gởi thông điệp tới MS thông qua MSC và BTS cũ.
5. MS chuyển sang tần số mới và truyền burst truy cập handover trong time slot đúng.
6. Khi BTS mới gởi thông tin về TA
7. MS gởi thông điệp hoàn thành handover tới MSC qua BSC mới
8. MSC yêu cầu BSC giải phóng TCH cũ.
9. BSC cũ yêu cầu BTS cũ giải phóng TCH.

Click the image to open in full size.


Hình 9 Handover khác BSC, cùng MSC

2.5 Handover khác MSC
Handover giữa các cell được điều khiển bởi các MSC/VLR khác nhau chỉ có thể thực hiện trong một PLMN. Các cell được điều khiễn bởi các MSC/VLR khác nhau cũng có nghĩa là chúng thuộc các BSC khác nhau.
1. BSC cũ gởi thông điệp yêu cầu handover tới MSC phục vụ (MSC-A), với nhận dạng của cell mới.
2. MSC-A nhận dạng cell mới này thuộc MSC khác (MSC-B) và yêu cầu trợ giúp.
3. MSB-B cấp số handover để tái định tuyến cuộc gọi. Sau đó gởi yêu cầu handover tới BSC mới.
4. BSC mới yêu cầu BTS mới kích hoạt TCH.
5. MSC-B nhận thông tin, và chuyển nó tới MSC-A cùng với số handover.
6. Một kết nối được thiết lập tới MSC-B, có thể thông qua PLMN.
7. MSC-A gởi lệnh handover tới MS, thông qua BSC cũ.
8. MS chuyển sang tần số mới và truyền burst truy cập handover trong time slot đúng.
9. Khi BTS mới phát hiện các burst handover này, nó gởi thông tin về TA.
10. MS gởi tin nhắn hoàn thành handover tới MSC cũ thông qua BSC mới và MSC/VLR mới.
11. Một đường mới trong groupswitch trong MSC-A được thiết lập và cuộc gọi được chuyển mạch sang đường này.
12. TCH cũ được giải phóng bởi BSC cũ.
MSC cũ (MSC-A) giữ chức năng điều khiển cuộc gọi đến khi cuộc gọi kết thúc. Đó là bởi vì nó chứa thông tin về thuê bao cũng như tính cước
Sau khi cuộc gọi được giải phóng, MS phải thực hiện cập nhật vị trí bởi vì một LA không bao giờ thuộc về nhiều hơn 1 MSC/VLR. HLR được cập nhật bởi VLR-B và sẽ thông báo cho VLR-A xóa tất cả các thông tin về thuê bao này.

Click the image to open in full size.

Hình 10 Handover khác MSC


THIẾT LẬP CUỘC GỌI (CALL SETUP)





1.Mục Đích : Thiết lập cuộc gọi được yêu cầu để thiết lập đường truyền giữa MS và NSS. NSS có nhiệm vụ thiết lập kết nối với thuê bao tương ứng. Các loại cuộc gọi khác nhau yêu cầu dịch vụ thoại khác nhau.
Có 3 kiểu cuộc gọi cơ bản :
-Các cuộc gọi quản lý tính di động : dùng để tập hợp các thông tin MS, vd: cập nhật vị trí. Chỉ trao đổi các bản tin giao thức (protocol), do đó chỉ sử dụng 1 kênh báo hiệu.
-Các cuộc gọi dịch vụ : các cuộc gọi này chỉ chuyển một lượng thông tin nhỏ, như cuộc gọi SMS hay SS, nên cũng chỉ dùng 1 kênh báo hiệu.
-Các cuộc gọi lưu lượng của khách hàng : các cuộc gọi này có thể chuyển một lượng thông tin lớn, như cuộc gọi thoại hay dữ liệu đến đích tương ứng, do đó cần băng thông lớn hơn 1 kênh báo hiệu. Những cuộc gọi này dùng kênh lưu lượng.
(Kênh dùng cho báo hiệu là SDCCH, dùng cho lưu lượng là TCH.)
2.Các giai đoạn của thiết lập cuộc gọi :
-Thiết lập kết nối vô tuyến.
*Tìm gọi (paging) (đối với máy được gọi) để chỉ ra MS được gọi.
*Nếu attach_detach_allowed được kích hoạt, bản tin IMSI_detach MS có thể loại trừ nhu cầu tìm gọi.
*Quá trình ấn định tức thời sẽ cấp 1 tài nguyên cho MS và thiết lập 1 kết nối báo hiệu vô tuyến giữa BSS và MS.
*Một kết nối giao diện để ấn định 1 kênh báo hiệu SCCP giữa BSC và MSC.
*Ấn định đường chuyển mạch xuyên qua BSC.
-Nhận thực và mật mã .
*Classmark handling (Xử lí mặt nạ).
*Nhận thực.
*Mật mã.
-Ấn định thông thường.
*Thoả thuận dịch vu Teleservice/bearer.
*Ấn định kênh.
*Quá trình context vật lí.
*Ấn định kênh lưu lượng, nếu có yêu cầu.
*Kết nối cuộc gọi.
3. Quá trình thiết lập cuộc gọi cho các thuê bao cùng mạng: ( quá trình gồm 25 bước)
Bước 1 : Yêu cầu cấp kênh :
MS khởi đầu cuộc gọi bằng việc gởi bản tin channel-request trên kênh RACH với nội dung: nguyên nhân thiết lập cuộc gọi + 1 REF (Random Access Information Value) + 1 RAND (được dùng cho nhận thực).
Các lý do thiết lập có thể có trong REF (7 trường hợp):
* Cuộc gọi khẩn.
* Cuộc gọi yêu cầu tái thiết lập.
* Trả lời bản tin tìm gọi.
* Cuộc gọi thoại của thuê bao chủ gọi.
* Cuộc gọi dữ liệu của thuê bao chủ gọi.
* Cập nhật vị trí.
* Cuộc gọi dịch vụ (vd SMS )
Trong mỗi bản tin channel-request, MS còn gởi kèm số ngẫu nhiên và số khung. Những số này giúp MS nhận ra bản tin được phúc đáp từ BSS trên kênh AGCH – kênh được giám sát bởi nhiều MS. MS sẽ giải mã tất cả những bản tin trên kênh này, và chỉ nhận một bản tin có số ngẫu nhiên và số khung phù hợp với một trong 3 bản tin yêu cầu được gởi đi ngay trước đó.
MS sẽ tiếp tục gởi bản tin channel-request cho đến khi nào nhận được phúc đáp. Nếu không nhận được phúc đáp nào trước khi truyền một số Retries,MS sẽ :
Hiển thị một bản tin báo lỗi mạng cho tất cả các loại cuộc gọi ngoại trừ cuộc gọi cập nhật vị trí.
Tiến hành chọn tự động lại các cuộc gọi cập nhật vị trí. Có nghĩa là MS nỗ lực truy nhập ngẫu nhiên ở một cell khác.
Bước 2: Khi nhận bản tin channel-request từ MS, BTS sẽ gởi cho BSC 1 bản tin channel-required. Bản tin này chứa số ngẫu nhiên của MS và khoảng định thời do BTS đưa ra.BSC sẽ kiểm tra bản tin channel-required để đảm bảo nó có thể chấp nhận yêu cầu hay không.BSC sẽ kiểm tra xem có kênh SDCCH nào r ỗi hay không ,nếu còn nó sẽ cấp cho MS một kênh SDCCH . Phần mềm quản lý tài nguyên của BSC chỉ định kênh D trên nền kênh lưu lượng có nhiều kênh D rỗi nhất. Điều này nhằm đảm bảo tải được trãi đều trên tất cả các kênh lưu lượng.
Bước 3 : Sau đó, BSC sẽ gởi cho BTS bản tin channel-activation. Đồng thờithiết lập một timer để đợi báo nhận (acknowledgement) từ BTS, báo cho biết BTS sẵn sàng kích hoạt kênh. Bản tin channel-activation bao gồm :
Mô tả kênh D được dùng.
Khoảng định thời.
Lệnh điều khiển công suất cho MS và BTS. Công suất MS và BTS đạt đến mức tối đa có thể trong cell.
Bước 4: BTS khởi tạo nguồn tài nguyên lớp vật lí và lập giải pháp tranh chấp LAPDm (nhằm tránh trường hợp 2 MS kết nối đến cùng 1 kênh D) sẵn sàng cho bản tin MS đầu tiên trên kênh D, sau đó gởi BSC bản tin channel_activation_ack . BSC sẽ dừng khoảng thời gian bảo vệ.
Bước 5 : Quá trình ấn định tức thì :
BSC tạo và gởi BTS bản tin immediate_assign_command tóm tắt các thông tin trong bản tin channel¬_activation. Bản tin này cũng bao gồm số ngẫu nhiên và số khung củaMS gọi yêu cầu đáp ứng của BSC. Nó cũng hướng dẫn BTS xác định (inform) MS đã yêu cầu ấn định kênh D. BSC kích khởi khoảng thời gian chờ MS trả lời.
Bước 6 : Tiếp đó BTS gởi cho MS bản tin immediate_assignment trên kênh AGCH.
MS kiểm tra số ngẫu nhiên và số khung trong bản tin này xem có hợp với một trong 3 bản tin channel_request mà nó gởi đi gần đây nhất không, nếu đúngMS sẽ chuyển sang kênh D dành riêng này và đặt TA của mình vào value indicate trong bản tin immediate-assignment.
Bước 7: Thiết lập mode cân bằng bất đồng bộ (set asynchronous balanced mode)
Mạng dựa vào bản tin này để quyết định các thủ tục thoả thuận cuộc gọi nào được yêu cầu và có ấn định kênh lưu lượng hay không.
Bước 8: Establish Indication :
BTS gởi bản tin establish-indication đến BSC để báo MS đã kết nối. BSC chấm dứt khoảng thời gian bảo vệ, trích thông tin trong CM và khởi tạo kết nối SCCP với MSC.
Bước 9: Kết nối SCCP :
BSC gởi bản tin SCCP-connection-request đến MSC.
Bước 10: MSC trả lời bằng bản tin SCCP- connection-confirm. Bản tin này có thể chứa 1 yêu cầu CM hoặc 1 lệnh mật mã . Đường báo hiệu được thiết lập giữaMS và MSC.

Bước 11: Khi quá trình thiết lập kết nối vô tuyến thành công, giữa MS và mạng có 1 đường báo hiệu. Nếu cuộc gọi yêu cầu 1 kênh lưu lượng để liên lạc (communicate) với thuê bao bị gọi, MS sẽ gởi 1 bản tin setup. Bản tin này sẽ chỉ ra loại dịch vụ yêu cầu (tele hay bearer) và số thuê bao bị gọi. Thông tin này được truyền xuyên qua BSS. Bản tin này có thể chứa nhiều hơn 1 thành phần dịch vụ bearer, và một thông số cho biết thuê bao có thể .yêu cầu thay đổi yêu cầu dịch vô (in-call modification) trong suốt cuộc gọi.
Bước 12: MSC gởi MS 1 bản tin call_proceeding. Bản tin này cho biết MSC đã nhận các thông số cuộc gọi, và các nổ lực thiết lập kết nối với called party là under way.
Bước 13: Yêu cầu kênh
MSC bắt đầu ấn định kênh lưu lượng bằng cách gởi BSC bản tin assignment-request và lập 1 timer để giám sát đáp ứng từ BSC.
BSC kiểm tra bản tin phải chứa 1 loại kênh (kênh lưu lượng là thoại hay dữ liệu và tốc độ dữ liệu ). Bản tin này cũng chứa classmarkMS mà BTS dùng đến trong trường hợp chưa nhận được classmark từ MS.
Bản tin assignment-request có thể chứa 1 danh sách codec, giving, tính hợp lệ của các mức ưu tiên, loại codec hay dùng (vd, loại hỗ trợ kênh thoại toàn tốc tăng cường). Trong trường hợp này,BSC sẽ kiểm tra danh sách được cung cấp bởi cell và chọn ra loại codec ưu có thể dùng cho cả BTS và MS.
Nếu BSC tìm thấy 1 lỗi trong bản tin assignment-request, nó sẽ gởi bản tin assignment-failure. Nếu không phát hiện ra lỗi nào, nó sẽ bắt đầu quá trình ấn định thông thường hướng đếnMS.
Bước 14 : Kích hoạt kênh lưu lượng
BSC gởi BTS bản tin physical-context-request để chỉ ra công suất và timing advance hiện thời của MS trên kênh SDCCH.
Bước 15: BTS đáp ứng bằng bản tin physical-context-confirm chứa các thông tin liên quan. Nếu không có sẵn kênh nào, hàng đợi được cho phép, cuộc gọi được xếp vào hàng đợi.
Bước 16 : BSC gởi BTS bản tin channel-activation với nội dung :
Mô tả kênh lưu lượng được sử dụng.
Timing advance MS được áp dông.
Thuật toán mật mã và khoá mật mã (giống như ấn định SDCCH)
Chỉ số truyền gián đoạn cho hướng lên (không sd) và hướng xuống.
Công suất MS sử dụng.
Công suất BTS sử dụng.
BSC khởi tạo 1 timer, và đợi BTS báo (ack) nó đã kích hoạt kênh.
Bước 17a,17b: BTS kích khởi nguồn tài nguyên kênh lưu lượng, lập mã mật, gởi TA và thông tin công suất cho MStrên kênh SACCH – kênh kết hợp với kênh TCH và được MS giám sát thường xuyên. Cùng lúc, BTS gởi BSC bản tin chanel-activation-acknowledge.
Bước 18 : BSC sẽ ngưng khoảng timer của nó và gởi MS bản tin assignment-command trên kênh SD. Bản tin này hướng dẫn MS chuyển sang kênh lưu lượng.
Bước 19 : Khi nhận bản tin assignment-command, MS sẽ không kết nối lớp vật lý và thực hiện giải phóng kết nối LAPDm của kênh SD.
Sau đó MS thiết lập kết nối LAPDm (qua SABM trên kênh FACCH) cho kênh lưu lượng.
Bước 20,21 : BTS gởi BSC bản tin establish-indication. Đồng thời cũng lập chuyển mã (transcoder) và thuật toán phát hiện lỗi kết nối vô tuyến của nó. BTS gởi MS 1 báo nhận ở lớp 2.
Bước 22: MS gởi BSC bản tin assignment-complete.
Khi nhận bản tin establish-indication, BSC thiết lập đường chuyển mạch tài nguyên giữa giao diện Abis được ấn định và trên giao diện A. Khi nhận bản tin assignment-complete,BSC sẽ gởi MSC bản tin assignment-complete và bắt đầu giải phóng kênh SD.
Bước 23: Kết nối cuộc gọi :
Khi việc kết nối với thuê bao bị gọi được thiết lập (nhưng trước khi thuê bao bị gọi trả lêi), MSC sẽ gởi MS 1 bản tin alerting. MS sẽ phát ra 1 ring tone (hồi âm chuông).
Bước 25: Khi thuê bao bị gọi trả lêi, MSC gởi MS bản tin connect. MS đáp ứng bằng bản tin connect-acknowledgement. Cuộc gọi được thiết lập.

0 nhận xét:

Đăng nhận xét