Bài giảng Báo hiệu và điều khiển kết nối: Phần 2 - ThS. Hoàng Trọng Minh

Chia sẻ: Hoa La Hoa | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:75

Thêm vào BST

Báo xấu

141
lượt xem 37
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Phần 2 "Bài giảng Báo hiệu và điều khiển kết nối" trình bày nội dung chương 3 - báo hiệu trong mạng thông tin di động, chương 4 - báo hiệu trong phân hệ đa phương tiện IP IMS, chương 5 - báo hiệu và điều khiển kết nối liên mạng. Nội dung của cuốn tài liệu giảng dạy này nhằm cung cấp các kiến thức then chốt liên quan tới các hoạt động báo hiệu và điều khiển trong mô hình mạng truyền thông mới.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Báo hiệu và điều khiển kết nối: Phần 2 - ThS. Hoàng Trọng Minh

81 CHƯƠNG 3: BÁO HIỆU TRONG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG Tóm tắt: Nội dung của chương tập trung vào các mô hình báo hiệu trong mạng thông tin di động bao gồm các mạng di động thế hệ hai và thế hệ ba. Các thủ tục báo hiệu được phân chia thành các vùng mạng truy nhập vô tuyến và vùng mạng lõi cùng với các kết nối báo hiệu tới các hạ tầng mạng khác. 3.1 BÁO HIỆU TRONG MẠNG DI ĐỘNG TẾ BÀO 3.1.1 Các thế hệ phát triển mạng di động tế bào Từ cuối những năm 1970, với sự ra đời của các công nghệ, các mạng vô tuyến di động tế bào đã đƣợc phát triển rất nhanh chóng. Thập kỷ 1980 chứng kiến sự ra đời của một số hệ thống vô tuyến tế bào tƣơng tự, thƣờng đƣợc gọi là các mạng vô IT tuyến di động mặt đất công cộng PLMR (Public Land Mobile Radio). Các hệ thống loại này đƣợc gọi là hệ thống vô tuyến di động tế bào thế hệ thứ nhất 1G (1st Generation), tiêu biểu là Hệ thống các dịch vụ điện thoại di động tiên tiến AMPS PT (Advanced Mobile Phone Service) của Mỹ công tác trên dải tần 800 MHz và Hệ thống điện thoại di động Bắc Âu NMT 450 (Nordic Mobile Telephony) công tác trên dải tần 450 MHz, rồi sau đó trên cả dải 900 MHz (NMT 900). Làm việc ở dải UHF, các mạng này cho thấy một sự thay đổi vƣợt bậc về độ phức tạp của các hệ thống thông tin liên lạc dân sự. Chúng cho phép những ngƣời sử dụng có đƣợc các cuộc đàm thoại trong khi di động với nhau hay với bất kỳ đối tƣợng nào có nối tới các mạng điện thoại chuyển mạch công cộng PSTN hoặc các mạng thông tin số đa dịch vụ tích hợp ISDN. Trong những năm 1990 đã có những bƣớc tiến hơn nữa với việc áp dụng các hệ thống thông tin di động tế bào số (digital cellular system). Các hệ thống mới này đƣợc gọi là các hệ thống vô tuyến di động thế hệ thứ hai 2G (2nd Generation), tiêu biểu là Hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM (Global System for Mobile communications) của Châu Âu công tác trên dải tần 900 MHz và 1800 MHz, các hệ
82 thống của Mỹ IS-136 làm việc trên hai dải 800 MHz và 1900 MHz hay IS-95 công tác trên dải 800 MHz và các hệ thống viễn thông không dây số (digital cordless telecommunication system) nhƣ Hệ thống viễn thông không dây số của Châu Âu DECT (Digital European Cordless Telecommunications). Trong số các hệ thống 2G kể trên, hệ thống GSM đƣợc xem là hệ thống thành công nhất. Ngoài các dịch vụ điện thoại truyền thống, các hệ thống vô tuyến di động số thế hệ thứ hai cung cấp một mảng các dịch vụ mới khác nhƣ thƣ thoại (voice-mail), truyền số liệu tốc độ thấp, truyền fax, các tin ngắn (short message)... Các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai chủ yếu vẫn nhắm vào phục vụ dịch vụ thoại. Dịch vụ số liệu mà chúng đáp ứng đƣợc chủ yếu là dịch vụ truyền số liệu chuyển mạch kênh tốc độ thấp (dƣới 10 kb/s), không đáp ứng đƣợc các nhu cầu truyền số liệu ngày càng tăng. Chính sự phát triển nhanh chóng về nhu cầu đối với IT các dịch vụ dữ liệu, nhất là đối với Internet, đã thúc đẩy mạnh mẽ công nghiệp vô tuyến và là động lực chính đối với sự phát triển các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba 3G (3rd Generation) đa dịch vụ. Các nỗ lực phát triển thông tin di động PT 3G đƣợc phát động trƣớc tiên tại Châu Âu. Vào năm 1988, dự án RACE 1043 đã đƣợc hình thành với mục đích ấn định công nghệ và dịch vụ cho hệ thống 3G gọi là Hệ thống viễn thông di động vạn năng (UMTS: Universal Mobile Telecommunications System). Song song với dự án RACE 1043, Liên minh viễn thông quốc tế ITU (International Telecommunication Union) cũng thành lập ban TG8/1, ban đầu đặt dƣới sự bảo trợ của CCIR (Uỷ ban tƣ vấn quốc tế về vô tuyến), nhằm phối hợp hoạt động nghiên cứu phát triển hệ thống 3G với tên gọi Hệ thống viễn thông di động mặt đất công cộng tƣơng lai (FPLMTS: Future Public Land Mobile Telecommunications System), mục đích ban đầu là xây dựng một tiêu chuẩn 3G chung cho toàn thế giới. Sau này TG8/1 đã bỏ tên gọi FPLMTS, thay bằng Viễn thông di động quốc tế cho năm 2000 (IMT-2000: International Mobile Telecommunications-2000) và chấp nhận một họ các tiêu chuẩn cho 3G. Dự án IMT-2000 đã xây dựng các yêu cầu chung nhất cho các hệ thống thông tin di động
83 3G nhằm phục vụ nhiều loại hình dịch vụ, với tốc độ tối đa lên tới 2 Mb/s. Các yêu cầu cơ bản đối với các hệ thống thông tin di động 3G, một cách vắn tắt, bao gồm: + Có khả năng truyền thông đa phƣơng tiện với các tốc độ: a) 384 kb/s (đi bộ) và 144 kb/s (trên xe) đối với môi trƣờng ngoài trời (out-door) có vùng phủ sóng tƣơng đối rộng; b) tới 2 Mb/s đối với môi trƣờng trong nhà (in-door) có vùng phủ sóng hẹp; + Có khả năng cung cấp đa dịch vụ nhƣ thoại, hội nghị truyền hình (video conferencing), dữ liệu gói. Hỗ trợ cả các dịch vụ chuyển mạch kênh lẫn chuyển mạch gói và truyền dữ liệu không đối xứng (tốc độ bít cao trên đƣờng xuống và tốc độ bít thấp trên đƣờng lên); + Có khả năng lƣu động và chuyển vùng quốc gia lẫn quốc tế; IT + Có khả năng tƣơng thích, cùng tồn tại và liên kết với vệ tinh viễn thông; + Cơ cấu tính cƣớc theo dung lƣợng truyền chứ không theo thời gian kết nối; Đã có tới mƣời sáu đề xuất tiêu chuẩn cho các hệ thống 3G, trong đó mƣời cho PT các mạng 3G mặt đất và sáu cho các hệ thống di động vệ tinh MSS (Mobile Satellite Systems). Đa số các đề xuất đều ủng hộ chọn CDMA (Code Division Multiple Access-Đa truy nhập theo mã) làm phƣơng thức đa truy nhập và ITU chấp thuận các tiêu chuẩn trong IMT-2000 sẽ bao gồm năm công nghệ sau: + IMT DS (Direct Sequence): Công nghệ này đƣợc gọi rộng rãi là UTRA FDD và W-CDMA, trong đó UTRA là Truy nhập vô tuyến mặt đất cho UMTS (UMTS Terrestrial Radio Access), FDD là song công phân chia theo tần số (Frequency Division Duplex), còn W trong W-CDMA là băng rộng (Wideband); + IMT MC (MultiCarrier): Hệ thống này (còn đƣợc gọi là cdma2000) là phiên bản 3G của IS-95 (nay đƣợc gọi là cdmaOne), sử dụng đa sóng mang; + IMT TC (Time Code): Đây là UTRA TDD, tức là kiểu UTRA sử dụng song công phân chia theo thời gian (Time Division Duplex);
84 + IMT SC (Single Carrier): IMT đơn sóng mang, nguyên thuỷ là một dạng của GSM pha 2+ gọi là EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution); + IMT FT (Frequency Time): IMT tần số-thời gian, là hệ thống viễn thông không dây tăng cƣờng DECT (Digitally Enhanced Cordless Telecommunications). Hiện nay, ITU thực hiện việc phân loại các mạng di động quốc tế thành 3 loại hệ thống gồm: các hệ thống IMT-2000 là các hệ thống 3G (UMTS, CDMA2000); hệ thống enhanced IMT-2000 (thế hệ sau 3G) và IMT-Advance là hệ thống 4G. Để tiến tới 4G, LTE đƣợc coi là con đƣờng chính hiện nay cho sự phát triển công nghệ và đƣợc phát triển bởi 3GPP. IT PT Hình 3.1: Lộ trình phát triển các thế hệ mạng di động 3GPP-LTE là công nghệ hƣớng tới hệ thống di động tốc độ cao và tích hợp với các chuẩn ứng dụng dịch vụ khác. Do đó, ngƣời dùng có thể dễ dàng thực hiện cuộc gọi hoặc truyền dữ liệu giữa LTE và các mạng GSM/GPRS hoặc UMTS trên nền WCDMA. 3GPP-LTE hỗ trợ cơ chế cấp phát phổ tần linh động và các dịch vụ đa phƣơng tiện tốc độ cao khi thiết bị di chuyển.
85 3.1.2 Kiến trúc báo hiệu cho hệ thống GSM Kiến trúc hệ thống GSM đƣợc chia làm 3 phần: phân hệ trạm gốc BSS, phân hệ chuyển mạch và mạng NSS, phân hệ vận hành và bảo dƣỡng OSS. Mỗi phân hệ có các nhiệm vụ riêng và đƣợc cấu trúc bởi các thực thể chức năng. BSS gồm có bộ thu phát gốc BTS và bộ điều khiển trạm gốc BSC. BSS cung cấp và quản trị tuyến thông tin giữa thuê bao di động MS và NSS. NSS là bộ não của toàn bộ mạng GSM, nó bao gồm trung tâm chuyển mạch cho di động MSC và 4 nút mạng thông minh là đăng ký thuê bao nhà HLR, đăng ký thuê bao khách VLR, đăng ký nhận dạng thiết bị EIR và trung tâm nhận thực AuC. OSS cung cấp phƣơng tiện để các nhà cung cấp dịch vụ có thể điều khiển và quản trị mạng. Nó gồm các trung tâm vận hành và bảo dƣỡng OMC làm nhiệm vụ khai thác, quản lý, bảo dƣỡng. IT PT Hình 3.2: Các thành phần cơ bản của hệ thống GSM Nguyên thủy thì phân hệ OSS thuộc quyền sở hữu của mạng và không liên quan đến báo hiệu. Còn đứng về mặt thuật ngữ của lớp vật lý thì môi trƣờng không khí trên giao diện MS-BTS để truyền dẫn sóng vô tuyến và dùng LAP-D là giao thức lớp 2. MSC không kết nối trực tiếp với BTS mà thông qua BSC, đƣợc coi nhƣ là giao diện giữa phần vô tuyến và phần chuyển mạch. Kết nối giữa BTS và BSC
86 thông qua giao diện A–bis. Giao diện A-bis là đƣờng liên kết số 64 kbps, sử dụng 3 giao thức để truyền tải thông tin báo hiệu đến MSC: o Thủ tục truy nhập đƣờng trên kênh D (LAPD) o Quản trị trạm thu phát gốc (BTSM) o Bảo dƣỡng và vận hành A-bis (ABOM) o Phần ứng dụng truyền tải trực tiếp (DTAP) Giao thức LAPD đƣợc dùng nhƣ giao thức lớp 2, cung cấp khả năng trao đổi thông tin cần thiết từ nút - nút để gửi các gói tin qua mạng. Giao thức BTSM dùng để quản lý các thiết bị vô tuyến của trạm gốc và giao diện giữa trạm gốc với MSC. Dữ liệu và các thông tin báo hiệu khác đƣợc gửi từ trạm gốc thông qua một giao thức của SS7 - phần DTAP. IT PT Hình 3.3: Phân lớp chức năng của SS7 trong mạng GSM Các giao thức SS7 đƣợc sử dụng trong mạng di động để cung cấp thông tin báo hiệu cho việc thiết lập và giải phóng các kết nối cũng nhƣ chia sẻ những thông tin trong cơ sở dữ liệu cho các thực thể của mạng. Ngăn xếp của SS7 sử dụng cho mạng di động đƣợc thể hiện trên hình 3.3. MSC kết nối với mạng cố định thông qua giao thức ISUP hoặc TUP. Cùng với MTP và SCCP, còn có thêm một số các giao thức khác để MSC giao tiếp với các thực thể khác trong hệ thống GSM. Đó là các giao thức: o Phần ứng dụng di động MAP
87 o Phần ứng dụng di động phân hệ trạm gốc BSSMAP o Phần ứng dụng truyền tải trực tiếp DTAP o Phần ứng dụng khả năng phiên dịch TCAP Trên giao diện A giữa phân hệ BSS và MSC sử dụng phần ứng dụng hệ thống trạm gốc BSSAP. BSSAP có thể đƣợc chia thành phần ứng dụng quản trị hệ thống trạm gốc BSSMAP và phần ứng dụng truyền tải trực tiếp DTAP. BSSAP đƣợc sử dụng để trao đổi các bản tin giữa BSC và MSC mà BSC thực sự phải xử lý ví dụ nhƣ bản tin quản trị tài nguyên vô tuyến RR. Còn DTAP bao gồm những bản tin mà phân hệ NSS và máy di động MS trao đổi với nhau. Những bản tin này (ví dụ bản tin quản trị kết nối CM, bản tin quản trị di động MM) là trong suốt đối với BSC. BSC chỉ làm chức năng chuyển tiếp bản tin mà không xử lý nó. IT Phần ứng dụng di động MAP là giao thức của SS7 hỗ trợ cho mạng di động. Nó định nghĩa những hoạt động giữa các thành phần mạng nhƣ MSC, HLR, VLR, EIR và mạng cố định. Các lớp truyền tải, phiên và trình diễn không sử dụng trong SS7, các chức năng này đƣợc nhóm trong lớp ứng dụng sử dụng ISUP và TUP. Các giao PT thức MAP đƣợc thiết kế là MAP/B và MAP/H tuỳ thuộc vào chức năng của giao tiếp. Các giao diện và giao thức của GSM đƣợc trình bày trong bảng 3.1 và hình dƣới đây. Bảng 3.1: Các giao diện và giao thức cơ bản của hệ thống GSM Giao diện Liên kết Mô tả Um MS-BSS Giao tiếp môi trƣờng đƣợc sử dụng để trao đổi thông tin giữa MS-BSS. LAPDm là thủ tục sửa đổi từ LAPD d cho báo hiệu. Abis BSC-BTS Giao diện nội bộ của BSS sử dụng liên kết giữa BSC và BTS. Abis cho phép điều khiển thiết bị vô tuyến và chỉ định tần số trong BTS. A BSS-MSC Quản lý nguồn tài nguyên và tính di động của MS. B MSC-VRL Xử lý báo hiệu giữa MSC và VRL. Giao tiếp B sử
88 dụng giao thức MAP/B. C GMSC- Sử dụng để điều khiển các cuộc gọi từ trong vùng HRL GSM ra ngoài và ngƣợc lại. Giao thức MAP/C sử SMSG- dụng cho thông tin định tuyến và tính cƣớc qua các HRL gateway. D HRL-VRL Giao thức MAP/D sử dụng để trao đổi dữ liệu liên quan tới vị trí của MS và các số liệu phụ của thuê bao. E MSC-MSC Giao thức MAP/E sử dụng để trao đổi thông tin chuyển vùng giữa các MSC. F MSC-EIR Giao thức MAP/F sử dụng để xác nhận trạng thái IMEI của MS. G VRL-VRL Giao thức MAP/G sử dụng để chuyển các thông IT tin thuê bao trong các thủ tục cập nhật vị trí vùng. H MSC- Giao thức MAP/H hỗ trợ truyền bản tin nhắn tin SMSG ngắn SMS. PT I MSC-MS Giao diện I là giao diện giữa MSC và MS. Các bản tin trao đổi qua giao diện I qua BSS là trong suốt. Hình 3.4: Vị trí các giao diện trong hệ thống GSM
89 Các hoạt động điều hành của MAP có thể chia thành 5 phần chính nhƣ sau: quản lý di động; vận hành và bảo dƣỡng; xử lý cuộc gọi; hỗ trợ dịch vụ bổ sung; dịch vụ bản tin ngắn SMS. Quản lý di động Các tác vụ quản lý di động gồm một số các nội dung sau: Quản lý vị trí, tìm kiếm vị trí của MS, quản lý truy nhập, chuyển giao vùng, quản lý nhận thực, quản lý bảo mật, quản lý IMEI, quản lý thuê bao, nhận dạng thuê bao và khôi phục lỗi. Để hạn chế các thông tin trao đổi giữa HRL, các HRL chỉ chứa các thông tin về MSC/VRL quản lý thuê bao hiện thời. Việc quản lý vị trí gồm một số tác vụ nhƣ: Cập nhật vùng, loại bỏ vùng, gửi nhận dạng, xác định MS. Chuyển vùng giữa các MSC đƣợc thực hiện bởi một chuỗi các thủ tục báo hiệu IT gồm: Chuẩn bị chuyển vùng, gửi tín hiệu tới kết cuối, xử lý báo hiệu truy nhập, chuyển báo hiệu truy nhập và chuyển vùng. Các thủ tục cơ bản đƣợc thể hiện qua ví dụ trên hình 3.5 dƣới đây. Các thủ tục đƣợc thực hiện qua giao thức MAP/E, cập PT nhật vị trí mới của MS đƣợc thực hiện qua MAP/D không thể hiện trong hình vẽ. Hình 3.5: Các thủ tục chuyển vùng qua MAP/E
90 Vận hành và bảo dưỡng Vận hành và bảo dƣỡng đƣợc chia thành hai vùng chính: Giám sát thuê bao và nhiệm vụ hỗn hợp. Giám sát thuê bao gồm hai trạng thái kích hoạt và không kích hoạt, trạng thái kích hoạt giám sát thuê bao đƣợc khởi tạo từ HRL yêu cầu VRL kiểm tra trạng thái của thuê bao và gửi về MSC để giám sát MS. Nhiệm vụ hỗn hợp sử dụng trong mạng GSM hiện nay chỉ thực hiện nhiệm vụ trao đổi thông tin về thuê bao giữa HRL và VRL. Xử lý cuộc gọi Các thủ tục xử lý cuộc gọi chủ yếu dựa trên các thông tin định tuyến, khi các thuê bao tìm kiếm và xác nhận các địa chỉ MSC đích, các thủ tục do MAP không còn cần thiết. Riêng việc xử lý cuộc gọi qua gateway của trung tâm chuyển mạch di IT động GMSC thì vẫn phải sử dụng các giao thức MAP/C. PT Hình 3.6: Các điều hành của MAP trong trường hợp cuộc gọi từ mạng PSTN Trong trƣờng hợp một thuê bao từ mạng cố định PSTN gọi sang mạng di động, các bản tin khởi tạo ISUP IAM đƣợc gửi tới gateway chứa thông tin số bị gọi. Dựa trên các con số này, mạng PSTN định tuyến cuộc gọi tới GMSC thích hợp. GMSC chứa nhận dạng thuê bao di động trong cơ sở dữ liệu sẽ sử dụng điều hành MAP tới HRL để tim kiếm MS. Nếu thuê bao đang trong trạng thái chuyển vùng, các thông tin trao đổi giữa HRL và VRL đƣợc thực thi để đảm bảo quá trình định tuyến thành
91 công. Hình vẽ 3.6 chỉ ra thủ tục của MAP trong trƣờng hợp cuộc gọi từ mạng PSTN. Hỗ trợ dịch vụ bổ sung Các dịch vụ bổ sung đƣợc thực thi qua các điều hành MAP gồm có một số tác vụ nhƣ: Đăng ký dịch vụ bổ sung, xoá dịch vụ bổ sung, kích hoạt dịch vụ bổ sung, huỷ bỏ kích hoạt dịch vụ bổ sung, liên kết điều hành dịch vụ bổ sung, đăng ký mật khẩu và lấy mật khẩu. Dịch vụ bản tin ngắn SMS Dịch vụ bản tin ngắn SMS là một trong các dịch vụ cơ bản của hệ thống di động GSM, các điều hành dịch vụ bản tin ngắn SMS gồm có một số tác vụ: Chuyển bản tin ngắn, gửi thông tin định tuyến cho bản tin ngắn, báo cáo trạng thái bản tin, cảnh IT báo từ trung tâm nhắn tin và thông tin của trung tâm dịch vụ. Các thông tin trao đổi giữa MSC đƣợc thực hiện qua giao thức MAP/E đƣợc chỉ ra trên hình vẽ 3.7 dƣới đây. PT Hình 3.7: Điều hành MAP liên quan tới dịch vụ bản tin ngắn SMS 3.1.3 Mạng thông minh Mạng thông minh (IN – Intelligent Network) là mạng viễn thông tách rời dịch vụ, nghĩa là sự thông minh đƣợc lấy ra từ thiết bị chuyển mạch và trong các máy tính phân bổ trên mạng. Mạng thông minh cung cấp tới ngƣời vận hành mạng
92 phƣơng tiện để phát triển và điều khiển các dịch vụ một cách linh hoạt và hiệu quả hơn. IN cung cấp năng lực mạng thoả mãn nhu cầu thay đổi thƣờng xuyên của khách hàng, tính thông minh của mạng trở nên phân tán với độ phức tạp ngày càng tăng nhanh. IN/1 thể hiện mô hình thực hiện dịch vụ ở bên ngoài các hệ thống chuyển mạch, đặt trong những cơ sở dữ liệu gọi là những điểm điều khiển dịch vụ (SCP – Service Controll Points). Hai dịch vụ cần đến IN/1 là dịch vụ 800 (hay điện thoại miễn phí) và xác minh thẻ cuộc gọi (hay dịch vụ thực hiện hóa đơn luân phiên [ABS]). Để giao tiếp với nguyên tắc thực hiện dịch vụ giá trị gia tăng, phần mềm phải đƣợc triển khai trong những hệ thống chuyển mạch. Phần mềm hệ thống chuyển mạch này cho phép thừa nhận hệ thống chuyển mạch khi nó cần thiết để giao tiếp với một SCP thông qua mạng SS7. Sau khi IN/1 xuất hiện thì các nhà cung cấp liên tục đƣa ra các dịch vụ mới, nhƣng có 1 điều không đổi đó là : mạng thông IT minh IN là mạng viễn thông độc lập dịch vụ. Mạng IN cho phép các hệ thống chuyển mạch và các hệ thống điều khiển dịch vụ xuất xứ từ các nhà cung cấp khác nhau làm việc với nhau một cách độc lập và trơn tru. Điều này cung cấp cho các nhà PT điều hành mạng các phƣơng tiện để phát triển và điều khiển dịch vụ hiệu quả hơn. Các dịch vụ mới có thể đƣợc giới thiệu một cách nhanh chóng trong mạng và dễ dàng đƣợc thiết lập phù hợp với nhu cầu của khách hàng mà không phải thay đổi cấu trúc của các nút chuyển mạch trong mạng. Mô hình mang tính khái niệm về mạng thông minh bao gồm 4 mặt phẳng. Mỗi mặt phẳng tƣợng trƣng cho một quan điểm trừu tƣợng khác nhau về các khả năng đƣợc mạng cấu trúc theo kiểu IN. Các quan điểm này lần lƣợt nhằm vào các khía cạnh dịch vụ, tính năng tổng thể, tính năng phân phối và các khía cạnh vật lý của mạng IN. Mặt phẳng dịch vụ: Mặt phẳng dịch vụ minh hoạ cho các dịch vụ cung cấp bởi mạng IN (Chẳng hạn dịch vụ Prepaid, Freephone ,Tevoting…). Một dịch vụ bao gồm nhiều đặc tính dịch vụ SF (Service Feature) và có thể đƣợc tăng cƣờng vào các đặc tính dịch vụ khác. SF có 2 loại: lõi dịch vụ và tùy chọn dịch vụ. Một đặc tính dịch vụ SF là phần tử nhỏ nhất của một dịch vụ mà ngƣời sử dụng dịch vụ có thể
93 nhận thức đƣợc. Những SF đóng vai trò trong việc đặc tả và thiết kế các dịch vụ mới phức tạp hơn, muốn tạo ra một dịch vụ chỉ cần tạo ra SF phần lõi và khi muốn nâng cấp dịch vụ thì chỉ cần kết hợp thêm các SF tùy chọn. Nhờ vậy mà các dịch vụ trong mạng IN sẽ đƣợc cung cấp một cách nhanh chóng và đa dạng hơn. IT Hình 3.8: Mô hình khái niệm mạng IN Mặt phẳng chức năng tổng thể GFP (Global Function Plane): GFP tạo ra mô hình PT chức năng mạng từ quan điểm tổng thể. Vì vậy mạng có cấu trúc IN đƣợc nhìn nhận nhƣ là một thực thể đơn trong GFP. Trong mặt phẳng này, dịch vụ và các SF đƣợc định nghĩa lại về mặt chức năng mạng rộng, những chức năng này không phải là dịch vụ hay đặc tính dịch vụ riêng biệt nữa mà đƣợc tham chiếu nhƣ là các khối xây dựng dịch vụ độc lập. Khối xây dựng dịch vụ độc lập xử lý cuộc gọi cơ sở và chƣơng trình Logic - dịch vụ tổng thể GSL (Global Service Logic). GSL mô tả các khối xây dựng dịch vụ độc lập kết hợp với nhau nhƣ thế nào đƣợc sử dụng để mô tả đặc tính dịch vụ SF. Mặt phẳng chức năng phân phối DFP (Distributed Functional Plane): DFP gồm các thực thể chức năng FE (Functional Entity). Một chƣơng trình logic dịch vụ (SLP) trong GFP đƣợc đại diện bởi một nhóm các SIB phân phối tại các FE. Đặc biệt, mỗi SIB đƣợc thực hiện trong DFP bởi một chuỗi các hoạt động của thực thể chức năng cụ thể FEA (Functional Entity Action) đƣợc thực hiện trong các FE. Một
94 số trong các FEA này tạo ra luồng thông tin giữa các FE; có nghĩa trao đổi bản tin giữa các FE sẽ thông qua FEA. Mặt phẳng vật lý: Mặt phẳng vật lý của mô hình mạng thông minh bao gồm các thực thể vật lý PE khác nhau và sự tƣơng tác giữa chúng. Mỗi PE gồm một hoặc nhiều FE xác định chức năng trong mạng IN. Có thể đặt một hoặc nhiều thực thể chức năng FE trong một PE. Ngoài ra một FE không thể đƣợc tách ra giữa hai PE, một FE đƣợc ánh xạ hoàn toàn trong một PE. Cuối cùng, trƣờng hợp bản sao của một FE có thể đƣợc ánh xạ đến các PE khác mặc dù không cùng PE. 3.2 BÁO HIỆU TẠI MẠNG TRUY NHẬP Nhằm tìm hiệu báo hiệu trong mạng thông tin di động hiện nay, mục này sẽ phân tích các giao diện báo hiệu trong mạng truy nhập của hệ thống UMTS. UMTS là sự IT phát triển lên 3G của họ công nghệ GSM (GSM, GPRS & EDGE), là công nghệ duy nhất đƣợc các nƣớc châu Âu công nhận cho mạng 3G. GSM và UMTS cũng là dòng công nghệ chiếm thị phần lớn nhất trên thị trƣờng thông tin di động. PT Các thành phần thiết bị chính và các giao diện của UMTS đƣợc chỉ ra trên hình 3.9. Hình 3.9: Cấu trúc của UMTS UE (User Equipment): Thiết bị ngƣời sử dụng thực hiện chức năng giao tiếp ngƣời sử dụng với hệ thống. UE gồm hai phần:
95 o Thiết bị di động (ME : Mobile Equipment) : Là đầu cuối vô tuyến đƣợc sử dụng cho thông tin vô tuyến trên giao diện Uu. o Module nhận dạng thuê bao UMTS (USIM) : Là một thẻ thông minh chứa thông tin nhận dạng của thuê bao, nó thực hiện các thuật toán nhận thực, lƣu giữ các khóa nhận thực và một số thông tin của thuê bao cần thiết. UTRAN (UMTS Terestrial Radio Access Network): Mạng truy nhập vô tuyến có nhiệm vụ thực hiện các chức năng liên quan đến truy nhập vô tuyến. UTRAN gồm hai phần tử: o Nút B: Thực hiện chuyển đổi dòng số liệu giữa các giao diện Iub và Uu. Nó cũng tham gia quản lý tài nguyên vô tuyến. o Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC: Có chức năng sở hữu và điều khiển các tài nguyên vô tuyến ở trong vùng (các nút B đƣợc kết nối với nó). RNC còn là điểm IT truy cập tất cả các dịch vụ do UTRAN cung cấp cho mạng lõi CN. CN (Core Network): Mạng lõi gồm các thành phần sau. PT o HLR (Home Location Register): Là thanh ghi định vị thƣờng trú lƣu giữ thông tin chính về lý lịch dịch vụ của ngƣời sử dụng. Các thông tin này bao gồm: Thông tin về các dịch vụ đƣợc phép, các vùng không đƣợc chuyển mạng và các thông tin về dịch vụ bổ sung nhƣ: trạng thái chuyển hƣớng cuộc gọi, số lần chuyển hƣớng cuộc gọi. o MSC/VLR (Mobile Services Switching Center/Visitor Location Register): Là tổng đài (MSC) và cơ sở dữ liệu (VLR) để cung cấp các dịch vụ chuyển mạch kênh cho UE tại vị trí của nó. MSC có chức năng sử dụng các giao dịch chuyển mạch kênh. VLR có chức năng lƣu giữ bản sao về lý lịch ngƣời sử dụng cũng nhƣ vị trí chính xác của UE trong hệ thống đang phục vụ. o GMSC (Gateway MSC): Chuyển mạch kết nối với mạng ngoài. o SGSN (Serving GPRS): Có chức năng nhƣ MSC/VLR nhƣng đƣợc sử dụng cho các dịch vụ chuyển mạch gói (PS).
96 o GGSN (Gateway GPRS Support Node): Có chức năng nhƣ GMSC nhƣng chỉ phục vụ cho các dịch vụ chuyển mạch gói. Các mạng ngoài: Bao gồm mạng chuyển mạch kênh và mạng chuyển mạch gói. o Mạng CS : Mạng kết nối cho các dịch vụ chuyển mạch kênh. o Mạng PS : Mạng kết nối cho các dịch vụ chuyển mạch gói. Các giao diện vô tuyến: gồm một số giao diện sau. o Giao diện Cu: Là giao diện giữa thẻ thông minh USIM và ME. Giao diện này tuân theo một khuôn dạng chung cho các thẻ thông minh. o Giao diện Uu: Là giao diện mà qua đó UE truy cập các phần tử cố định của hệ thống và vì thế mà nó là giao diện mở quan trọng nhất của UMTS. o Giao diện Iu: Giao diện này nối UTRAN với CN, nó cung cấp cho các nhà khai IT thác khả năng trang bị UTRAN và CN từ các nhà sản xuất khác nhau. o Giao diện Iur: Cho phép chuyển giao mềm giữa các RNC từ các nhà sản xuất khác nhau. PT o Giao diện Iub: Giao diện cho phép kết nối một nút B với một RNC. 3.2.1 Xử lý cuộc gọi tại giao diện Iub Giao diện Iub nằm giữa RNC và một node B. RNC điều khiển node B thông qua Iub một số tác vụ nhƣ: thỏa thuận tài nguyên vô tuyến, bổ sung hoặc loại bỏ các tế báo khỏi node B, hỗ trợ các kiểu truyền thông khác nhau và các liên kết điều khiển. Giao diện Iub cho phép truyền dẫn liên tục chia sẻ giữa giao diện Abis/GSM và giao diện Iub, tối thiểu số lƣợng tùy chọn có sẵn trong phần chức năng giữa RNC và node B. Bên cạnh chức năng điều khiển các ô, thêm hoặc loại bỏ các liên kết vô tuyến trong các ô thuộc quản lý của các node B, Iub hỗ trợ chức năng O&M của node B. Iub cho phép chuyển mạch giữa các kiểu kênh khác nhau nhằm duy trì kết nối. Các chức năng chi tiết của Iub nhƣ sau:
97 o Tái định vị bộ điều khiển mạng dịch vụ vô tuyến SRNC (Serving Radio Network Controller): Chuyển chức năng SRNC cũng nhƣ các nguồn tài nguyên liên quan tới Iu từ một RNC này tới một RNC khác. o Quản lý kênh mang truy nhập vô tuyến RAB (Radio Access Bearer): bao gồm thiết lập, quản lý và giải phóng kênh mang truy nhập vô tuyến. o Yêu cầu giải phóng RAB: gửi yêu cầu giải pháp kênh mang truy nhập vô tuyến tới mạng lõi CN. o Giải phóng các tài nguyên kết nối Iu: giải phóng toàn bộ tài nguyên liên quan tới một kết nối Iu. Gửi yêu cầu giải phóng toàn bộ kết nối Iu tới mạng lõi CN. o Quản lý các tài nguyên truyền tải Iub: quản lý liên kết Iub, quản lý cấu hình ô, đo hiệu năng mạng vô tuyến, quản lý sự kiện tài nguyên, quản lý kênh truyền tải chung, quản lý tài nguyên vô tuyến, sắp xếp cấu hình mạng vô tuyến. IT o Quản lý thông tin hệ thống và lƣu lƣợng các kênh chung: Điều khiển chấp nhận, quản lý công suất, truyền dữ liệu. o Quản lý lƣu lƣợng của các kênh cố định: Quản lý và giám sát liên kết vô PT tuyến, chỉ định và giải tỏa kênh, báo cáo thông tin đo kiểm, quản lý kênh truyền tải dành riêng, truyền dữ liệu. o Quản lý lƣu lƣợng các kênh chia sẻ: Chỉ định và giải tỏa kênh, quản lý công suất, quản lý kênh truyền tải, truyền dữ liệu. o Quản lý đồng bộ và định thời: Đồng bộ kênh truyền tải, đồng bộ khung, đồng bộ giữa node B và RNC, đồng bộ giữa các node B. Để hiểu rõ chức năng xử lý cuộc gọi tại giao diện Iub, ta xem xét một tiến trình thực hiện cuộc gọi theo các bƣớc nhƣ sau (hình minh họa 3.10). Các bƣớc tiến hành xử lý cuộc gọi gồm: Bƣớc 1: Một yêu cầu kết nối điều khiển tài nguyên vô tuyến RRC (Radio Resource Controller) đƣợc gửi từ UE tới RNC. Bƣớc 2: Nguồn tài nguyên vô tuyến cần cung cấp cho quá trình thiết lập một kênh truyền tải cố định DCH (Dedicated Channel) để mang các kênh điều khiển
98 logic dành riêng DCCH (Dedicated Control Channel), các DCCH đƣợc sử dụng để truyền các bản tin của RRC và NAS (NonAccess Stratum). Bƣớc 3: Khi DCH và DCCH không khả dụng, các bản tin báo hiệu để thiết lập kết nối cho RRC đƣợc truyền nhờ RACH (Random Access Channel) hƣớng đi và FACH (Forward Access Channel) hƣớng về. IT Hình 3.10: Thủ tục trao đổi thông tin báo hiệu qua Iub PT Bƣớc 4: Thủ tục mã hóa/ nhận thực đƣợc yêu cầu từ mạng đƣợc sử dụng để kiểm tra lần hai nhận dạng UE và chuyển mã giữa RNC và UE nếu cần. Bƣớc 5: Thiết lập cuộc gọi thoại bắt đầu bởi bản tin SETUP trong lớp MM/SM/CC. Bản tin Setup gồm con số thiết bị bị gọi và chuyển tới RNC tới miền mạng chuyển mạch kênh. Bƣớc 6: Vùng mạng chuyển mạch kênh định nghĩa QoS cho cuộc gọi thoại. Các giá trị QoS là các tham số trong kênh mang truy nhập vô tuyến RAB. RAB gán thủ tục tƣơng thích với thiết lập kênh mang trong mạng SS7. RAB cung cấp một kênh cho thoại gói giữa thiết bị đầu cuối và thiết bị chuyển mạch trong vùng mạng chuyển mạch kênh. Bƣớc 7: Tái cấu hình liên kết vô tuyến cung cấp nguồn tài nguyên để thiết lập kênh mang vô tuyến trong bƣớc tiếp theo.
99 Bƣớc 8: Bên cạnh việc thỏa thuận tham số trong thủ tục gán RAB, một kênh vô tuyến mới đƣợc thiết lập để mang các kênh lƣu lƣợng dành riêng DTCH. Nếu sử dụng mã AMR để mã hóa thoại, ba kênh DTCH đƣợc thiết lập gồm: Lớp A, Lớp B và Lớp C. Bƣớc 9: Giải phóng cuộc gọi thoại đƣợc thực hiện ngay sau khi RRC đƣợc giải phóng nếu không còn dịch vụ nào đƣợc kích hoạt. Cả hai kênh điều khiển và lƣu lƣợng dành riêng đƣợc giải phóng. Cuối cùng, RNC giải phóng tài nguyên vô tuyến bị khóa cho cả hai kênh để dành cho các cuộc gọi khác. 3.2.2 Báo hiệu tại giao diện Iur và Iu Để xem xét các thủ tục báo hiệu liên quan tới giao diện Iur và Iu, ta xem xét chồng giao thức mạng UMTS dƣới khía cạnh mặt bằng điều khiển nhƣ trên hình 3.11. IT PT Hình 3.11: Kiến trúc giao thức mạng UMTS Một kiến trúc giao thức mạng UMTS đƣợc chia thành ba lớp: Lớp mạng truyền tải gồm các giao thức truyền tải và các chức năng để cung cấp nguồn tài nguyên AAL2 cho phép trao đổi thông tin giữa UTRAN và mạng chuyển mạch kênh; Lớp mạng vô tuyến gồm các giao thức và chức năng để quản lý giao diện vô tuyến và truyền thông giữa các thành phần của UTRAN hay giữa UTRAN và UE; Lớp mạng hệ thống gồm các giao thức truy nhập mạng để truyền thông giữa mạng chuyển mạch kênh và UE. Mỗi một lớp đƣợc chia thành mặt bằng điều khiển để truyền các
100 thông tin báo hiệu và mặt bằng ngƣời dùng để truyền lƣu lƣợng dữ liệu ngƣời sử dụng. a, Mặt bằng điều khiển/ người dùng Iur Giao diện Iur giữa các RNC chỉ ra hai giải pháp trên lớp truyền tải gồm: SCCP và các bản tin RNSAP chạy trên nền của SSCOP hoặc SCCP trên nền M3UA nếu lớp truyền tải là lớp IP. IT Hình 3.12: Mặt bằng dữ liệu/ điều khiển của Iur Các giao thức sử dụng trong mặt bằng điều khiển/ dữ liệu của Iur đảm nhiệm các chức năng sau: PT IP: cung cấp các dịch vụ phi kết nối giữa các mạng và gồm các tính năng đánh địa chỉ, xác lập kiểu dịch vụ, phân mảnh và ghép gói tin và hỗ trợ bảo mật. SCTP: giao thức truyền dẫn điều khiển luồng SCTP (Sream Control Transmission Protocol) cung cấp chức năng xác nhận lỗi cho luồng dữ liệu. Các vấn đề ngắt dữ liệu, tổn thất dữ liệu hay trùng lặp đƣợc xác định bởi số thứ tự và trƣờng kiểm tra tổng. SCTP cho phép truyền lại nếu phát hiện ra lỗi gây ngắt luồng dữ liệu. MTP3-B: Phần chuyển bản tin mức 3 dùng cho mạng băng rộng cung cấp nhận dạng và chuyển các bản tin mức cao, đồng thời cung cấp chức năng định tuyến và chia tải. M3UA: Lớp tƣơng thích ngƣời dùng MTP mức 3 tƣơng đƣơng các chức năng của MTP3. M3UA đƣợc mở rộng để truy nhập tới các dịch vụ MTP3 cho các ứng dụng điều khiển từ xa dựa trên IP.