• Share
  • Email
  • Embed
  • Like
  • Save
  • Private Content
Chuyen giao trong gsm
 

Chuyen giao trong gsm

on

  • 2,045 views

 

Statistics

Views

Total Views
2,045
Views on SlideShare
2,045
Embed Views
0

Actions

Likes
0
Downloads
172
Comments
0

0 Embeds 0

No embeds

Accessibility

Categories

Upload Details

Uploaded via as Adobe PDF

Usage Rights

© All Rights Reserved

Report content

Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
  • Full Name Full Name Comment goes here.
    Are you sure you want to
    Your message goes here
    Processing…
Post Comment
Edit your comment

    Chuyen giao trong gsm Chuyen giao trong gsm Document Transcript

    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSM ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Hoàng Hữu Thành PHÂN TÍCH CHUYỂN GIAO TRONG MẠNG GSM KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Điện Tử - Viễn Thông Cán bộ hướng dẫn: Ths. Nguyễn Quốc Tuấn Cán bộ phản biện : PGS.TS Vương Đạo Vi HÀ NỘI - 2008 1
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSM MỤC LỤCMỞ ĐẦU...........................................................................................................................4Chương 1...........................................................................................................................5TỔNG QUAN MẠNG GSM.............................................................................................5 1.1 MÔ HÌNH KIẾN TRÚC CỦA GSM.......................................................................6 1.1.1 Trạm di động MS (Mobile Station)...................................................................6 1.1.2 Modul nhận dạng thuê bao SIM (Subscriber Identuty Module)........................7 1.1.3 Trạm thu phát cơ sở BTS (Base Transceiver Station).......................................7 1.1.4 Bộ điều khiển trạm gốc BSC (Base Station controller).....................................7 1.1.5 Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động MSC..........................................8 1.1.6 Bộ ghi định vị thường trú HLR.........................................................................8 1.1.7 Bộ ghi định vị tạm trú VLR..............................................................................8 1.1.8 Bộ đăng ký nhận dạng thiết bị EIR...................................................................8 1.1.9 Quản lý thuê bao và trung tâm nhận thực AUC...............................................9 1.1.10 Điều khiển quản lý và bảo dưỡng OMC.........................................................9 1.1.11 Các giao diện trong mạng GSM......................................................................9 1.2 MÔ HÌNH MẠNG GSM.......................................................................................11 1.3 MẠNG TRUY CẬP GSM.....................................................................................12 1.3.1 Các kênh vật lý................................................................................................12 1.3.2 Các kênh logic.................................................................................................18 1.4 XỬ LÝ TÍN HIỆU SỐ TRONG GSM..................................................................22 1.4.1 Mã hoá tiếng nói..............................................................................................22 1.4.2 Mã hoá kênh ...................................................................................................23 1.4.3 Đan xen...........................................................................................................24 1.4.4 Mật mã hoá......................................................................................................25 1.4.5 Điều chế..........................................................................................................26Chương 2.........................................................................................................................30GIAO THỨC BÁO HIỆU MẠNG GSM........................................................................30 2.1 GIAO THỨC BÁO HIỆU.....................................................................................30 2.1.1 Giao diện A.....................................................................................................31 2.1.2 Giao diện Abis.................................................................................................34 2.1.3 Giao diện Air/Um............................................................................................43 2.2 THỦ TỤC TRONG MẠNG GSM.........................................................................56 2.2.1 Bật tắt máy ở trạm di động..............................................................................56 2.2.2 Gán và tách IMSI............................................................................................57 2.2.3 Cập nhật vị trí..................................................................................................57 a. Cập nhật vị trí trong BSS.....................................................................................57 b. Cập nhật vị trí trong NSS.....................................................................................61 2.2.4 Bắt đầu cuộc gọi.............................................................................................62 a. Bắt đầu cuộc gọi trong BSS.................................................................................62 b. Bắt đầu cuộc gọi trong NSS.................................................................................69 2.2.5 Cuộc gọi từ đầu cuối di động..........................................................................70 a. Đầu cuối di động gọi trong BSS...........................................................................70 b. Đầu cuối di động gọi trong NSS .........................................................................76 2
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSMChương 3.........................................................................................................................78CHUYỂN GIAO MẠNG GSM.......................................................................................78 3.1 CÁC LOẠI CHUYỂN GIAO................................................................................79 3.1.1 Trong BTS.......................................................................................................79 3.1.2 Chuyển giao trong cùng BSC..........................................................................79 3.1.3 Chuyển giao trong cùng MSC.........................................................................80 3.1.4 Chuyển giao giữa các MSC ............................................................................80 3.1.5 Nhận xét..........................................................................................................81 3.2 CÁC BỘ ĐỊNH THỜI...........................................................................................81 3.3 CHI TIẾT CHUYỂN GIAO..................................................................................84 3.3.1 Trường hợp thành công...................................................................................85 3.3.2 Trường hợp thất bại.........................................................................................88 3.3.3 Quay trở lại BSS củ........................................................................................89 3.3.4 Giải phóng cuộc gọi........................................................................................91 3.4 ỨNG DỤNG SDL ĐỂ PHÂN TÍCH CHUYỂN GIAO........................................92 3.4.1 Giới thiệu về SDL...........................................................................................92 3.4.2 Phân tích các trường hợp chuyển giao............................................................93 3.5 THIẾT KẾ MÔ HÌNH ..........................................................................................96 3.5.1 Thiết kế mô hình tổng quát.............................................................................96 3.5.2 Các bản tin.......................................................................................................97 3.6 MÔ TẢ VỀ MÔ HÌNH CPN...............................................................................100 3.6.1 Khía cạnh của mô hình..................................................................................101 3.6.2 Các trang CPN...............................................................................................103KẾT LUẬN...................................................................................................................115CÁC THUẬT NGỮ.......................................................................................................116TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................................118 3
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSM MỞ ĐẦU Ngày nay thông tin liên lạc đả trở thành một nhu cầu quan trọng trong cuộc sốngcủa chúng ta. Ngoài các dịch vụ mà các điện thoại cố định có như: truyền thoại, nhắntin, Fax, dữ liệu, …vv. Thông tin di động còn cung cấp các tính năng ưu việt của nó ởchất lượng dịch vụ, tính bảo mật thông tin, thiết bị nhỏ gọn, linh hoạt trong việc dichuyển, và các dịch vụ ngày càng đa dạng như truyền hình di động, truyền video chấtlượng cao, kết nối mạng internet với việc phát triển hệ thống thông tin di động lên hệthống thông tin di động băng rộng (3G) ...vv. Cùng với sự phát triển của ngành thông tinliên lạc thì ngành công nghiệp viễn thông đả phát triển mạnh mẻ và mang lại nhiều lợinhuận cho các nhà khai thác. Để đáp ứng nhu cầu của khách hành các nhà cung cấp dịchvụ đả liên tục nâng cấp hệ thống mạng, chất lượng đường truyền, và đa dạng các dịchvụ, đồng thời giảm cước dịch vụ, những điều này đả mang lại cho họ một số lượng thuêbao khổng lồ và tăng nhanh. Hiện nay các nhà cung cấp dịch vụ như viettel, vinaphone,mobilephone đang có nguy cơ cháy số. Một ví dụ: Viettel có 5.555 trạm BTS. Từ đầunăm 2007 đến nay, Viettel đã xây dựng thêm hơn 2.500 trạm phát sóng và đến cuối năm2007 số trạm BTS của Viettel sẽ là 7.000 trạm. Một công nghệ quan trọng nhất và được sử dụng phổ biến nhất không chỉ ở ViệtNam mà còn các nước trên thế giới là công nghệ GSM (Global System for Mobilecommunication-Hệ thống thông tin di động toàn cầu). Ở Việt Nam hiện nay những nhàcung cấp dịch vụ viễn thông lớn như: Vinaphone, MobiFone, Viettel đều sử dụng côngnghệ GSM. Được phát triển từ năm 1982 với kỷ thuật đa truy nhập phân chia theo thờigian (TDMA) một giải pháp tăng dung lượng hệ thống và mã hoá tín hiệu đảm bảo tínhan toàn dữ liệu đồng thời đảm bảo chất lượng dịch vụ để đáp ứng nhu cầu của hàngtriệu khách hàng. Hệ thống GSM sử dụng SIMCARD có kích thước nhỏ gọn để cắmvào máy di động mà chỉ có người này mới có thể sử dụng nó tại một thời điểm như mộtthiết bị nhận dạng an toàn. GMS là công nghệ truyền sóng kỹ thuật số, cho phép một sốngười dùng truy nhập vào cùng một kênh tần số mà không bị kẹt bằng cách định vịnhững khe thời gian duy nhất cho mỗi người dùng trong mỗi kênh. Song song cùng tồntại và phát triển với công nghệ GSM còn có các công nghệ khác như CDMA (công nghệđa truy cập theo mã) cũng là một công nghệ tiên tiến và là đối thủ của GSM trong línhvực công nghệ truyền thông di động, hiện ở Việt Nam công nghệ này đang được cácnhà khai thác dịch vụ như: S-Fone, Hà Nội Telecom, ETC. Công nghệ GSM đòi hỏi vốnđầu tư ban đầu ít tốn kém hơn CDMA. Đây cũng chính là lý do CDMA chưa được pháttriển rộng rãi tại Việt Nam. Một chức năng để bảo đảm chất lượng truy cập của một cuộc gọi khi con ngườisử dụng điện thoại di động di chuyển là chuyển giao cuộc gọi. Chuyển giao được địnhnghĩa là chuyển một cuộc gọi trong suốt hiện thời từ một kênh tần số này tới một kênhtần số khác trong khi người sử dụng điện thoại di động di chuyển từ nơi này sang nơikhác. Đây là một chức năng quan trọng nhất và thể hiện được đặc tính khác biệt giữamạng di động và mạng điện thoại cố định vì thế nghiên cứu thủ tục chuyển giao để xây 4
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSMdựng một mô hình chuyển giao trong thực tế để làm cho chức năng này càng tối ưu vàhiệu quả là cần thiết. Vì vâỵ “Phân tích chi tiết giao thức chuyển giao và xây dựng môhình chuyển giao trong mạng GSM” là mục đích chính của luận văn này.Luận văn này bao gồm: • Chương 1: Giới thiệu tổng quan về mạng GSM. Mô hình kiến trúc, mô hình mạng và mạng truy cập GSM • Chương 2: Giao thức báo hiệu điều khiển cuộc gọi trong mạng GSM. Thủ tục bật tắt máy di động, việc cập nhật vị trí và các thủ tục điều khiển việc truy cập vào để tiến hành một cuộc gọi. • Chương 3: Chuyển giao trong mạng GSM. Giới thiệu về các loại chuyển giao có thể xảy ra trong mạng. Các giao diện liên quan đến chuyển giao, thủ tục chuyển giao bao gồm các bản tin có liên quan. Phân tích chuyển giao dựa trên ngôn ngữ SDL, dựa trên ngôn ngữ SDL để thiết kế mô hình chuyển giao sử dụng CPN. Luận văn này sẻ tâp trung vào xây dựng mô hình chuyển giao trong mạng GSM.Chúng ta sẻ đi phân tích các giao diện có liên quan tới quá trình chuyển giao và sử dụngmột ngôn ngữ thường dùng để phân tích các giao thức trong mạng viễn thông là SDL đểđi sâu phân tích chi tiết các quá trình thủ tục để chuyển giao một cuộc gọi. Sau đó làviệc xây dựng mô hình CPN của các quá trình chuyển giao trong cùng một MSC. Cuốicùng không thể thiếu là việc đánh giá mô tính hiệu quả của mô hình, những công việcđả làm được, những vấn đề còn thiếu sót và hướng phát triển trong tương lai. Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Nguyễn Quốc Tuấn, người đả nhiệt tìnhhướng dẫn, chỉ bảo, cung cấp cho em nhiều tài liệu bổ ích giúp em cũng cố thêm kiếnthức và đi tới hoàn thành luận văn này. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáotrong khoa đả dạy dổ cho em nhiều kiến thức cơ bản bổ ích cũng như cho em các kiếnthức chuyên môn trong suốt 4 năm học tại trường Đại Học Công Nghệ, cảm ơn các thầycô giáo đả tạo điều kiện thuận lợi và giúp em hoàn thành khoá luận này. Cuối cùng xinchân thành cảm ơn các bạn học đả nhiệt tình giúp đở tôi trong 4 năm học và giúp tôihoàn thành khoá luận này.Chương 1 TỔNG QUAN MẠNG GSM 5
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSM Hệ thống thông tin di động số sử dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo thờigian (TDMA) đầu tiên trên thế giới ra đời đầu tiên ở châu Âu và có tên là GSM. Banđầu hệ thống này được gọi là “nhóm đặc trách di động” (Group Special Mobile) theotên gọi của một nhóm được CEPT cử ra nghiên cứu tiêu chuẩn. Sau đó để tiện cho việcthương mại hoá GSM được gọi là hệ thống thông tin di động toàn cầu “Global Systemfor Mobile communication”.1.1 MÔ HÌNH KIẾN TRÚC CỦA GSM Hệ thống GSM bao gồm 3 hệ thống cơ bản: hệ thống chuyển mạch SS, hệ thốngtrạm gốc BSS và trạm di động MS. Mổi hệ thống này chứa một số chức năng khác nhaunhư: chuyển mạch, quản lý nhận dạng thiết bị, tính cước .vv... tạo nên một hệ thốngmạng di động liên kết. Ngoài ra còn có tổng đài cổng GMSC. GMSC làm việc như một tổng đài trungkế để giao diện giữa GSM và các mạng khác. Hình 1: Sơ đồ kiến trúc logic của mạng GSM1.1.1 Trạm di động MS (Mobile Station) MS là các thuê bao, nó là các thiết bị mà người dùng sử dụng nó để thông tin vớinhau. MS có thể là các thiết bị cầm tay nhưđiện thoại di động, máy tính cá nhân, máyFax ...) MS cung cấp các giao diện với người dùng giúp cho việc khai thác các dịch vụtrong mạng.Các chức năng chính của MS: 6
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSM • Thiết bị đầu cuối thực hiện các chức năng không liên qua đến mạng GSM, FAX ... • Kết cuối trạm di động thực hiện các chức năng liên quan đến truyền dẫn ở giao diện vô tuyến. • Bộ thích ứng đầu cuối làm việc như một cửa nối thông thiết bị đầu cuối với kết cuối di động.1.1.2 Modul nhận dạng thuê bao SIM (Subscriber Identuty Module) Hệ thống GSM sử dụng một khoá nhận dạng thuê bao được cất trong một bộ nhớnhỏ gọn gọi là SIM-CARD. Thiết bị này được cắm vào máy di động để thông tin trựctiếp vớí VLR và gián tiếp với HLR.1.1.3 Trạm thu phát cơ sở BTS (Base Transceiver Station) Trạm thu phát cơ sở bao gồm các bộ thu phát và xử lý tín hiệu đặc thù cho giaodiện vô tuyến. BTS kết nối với trạm di động thông qua giao diện Abis. BTS như một cáiModem vô tuyến phức tạp mà trong nó có một bộ phận quan trọng là bộ chuyển đổi mãvà thích ứng tốc độ TRAU. TRAU thực hiện việc mã hoá và giãi mã tiếng đặc thù chohệ thống di động, việc thích ứng tốc độ cho việc truyền dữ liệu. TRAU là một bộ phậncủa BTS nhưng trên thực tế nó có thể đặt cách xa BTS và có thể đặt ở giữa BSC vàMSC. Hình 1.1: Kiến trúc logic của BSS1.1.4 Bộ điều khiển trạm gốc BSC (Base Station controller) BSC có nhiệm vụ quản lý tất cả giao diện vô tuyến thông qua các lệnh điều khiểntừ xa của BTS và MS. Các lênh này chủ yếu là các lênhj ấn định, giải phóng kênh vô 7
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSMtuyến và quản lý chuyển giao. BSC nối với BTS thông qua giao diện vô tuyến còn nốivới MSC thông qua giao diện A. Vai trò của nó chủ yếu là quản lý các kênh ở giao diệnvô tuyến và chuyển giao. Một BTS trung bình có thể quản lý được vài chục BTS phụthuộc vào lưu lượng của BTS này. BSC và BTS cũng có thể kết hợp trong một trạm gốc.1.1.5 Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động MSC MSC là trung tâm chuyển mạch chính của mạng GSM. Nhiệm vụ điều phối việcthiết lập cuộc gọi đến các người sử dụng mạng thông tin di động một mặt giao diện vớiBSC, mặt khác giao diện với mạng ngoài thông qua GMSC. Để thực hiện việc kết nốiMSC với mạng ngoài cần phải thích ứng các đặc điểm truyền dẫn. IWF là một thiết bịthích ứng giao thức và truyền dẫn sẻ làm việc đó. Hình 1.2: Kiến trúc logic của NSS1.1.6 Bộ ghi định vị thường trú HLR HLR là thiết bị lưu cơ sở dữ liệu của mạng, các thông tin liên quan đến việc cungcấp các dịch vụ viễn thông. HLR cũng chứa các thông tin liên quan đến vị trí hiện thờicủa thuê bao, nhưng không phụ thuộc vào vị trí hiện thời của thuê bao. HLR thường làmột máy tính không có khả năng chuyển mạch mà chỉ có khả năng quản lý hàng trămngàn thuê bao. Một chức năng con của HLR là nhận dạng trung tâm nhận thực AUC.1.1.7 Bộ ghi định vị tạm trú VLR VLR là cơ sở dữ liệu thứ hai trong mạng. Nó được nối với một hay nhiều MSCvà có nhiệm vụ lưu tạm thời số liệu của thuê bao dang nằm trong vùng phục vụ củaMSC tương ứng và đồng thời lưu giữ số liệu về vị trí hiện thời của thuê bao nói trên ởmức độ chính xác hơn HLR. Nó giống như chức năng của bộ nhớ Catche.1.1.8 Bộ đăng ký nhận dạng thiết bị EIR 8
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSM EIR có chức năng quản lý thiết bị di động, là nơi lưu giữ tất cả dữ liệu liên quanđến trạm di động MS. EIR được nối với MSC qua đường báo hiệu để kiểm tra sự đượcphép của thiết bị, một thiết bị không được phép sẻ bị cấm.1.1.9 Quản lý thuê bao và trung tâm nhận thực AUC AUC quản lý việc hoạt động đăng ký thuê bao như nhập hay xoá thêu bao rakhỏi mạng. Nó còn có một nhiệm vụ quan trọng khác nữa là tính cước cuộc gọi. Cướcphí phải được tính và gữi tới thuê bao. AUC quản lý thuê bao thông qua một khoá nhậndạng bí mật duy nhất được lưu trong HLR, AUC cũng được giữ vĩnh cữu trong bộ nhớSIM-CARD.1.1.10 Điều khiển quản lý và bảo dưỡng OMC OMC cho phép các nhà khai thác mạng theo dõi và kiểm tra các hành vi trongmạng như: tải của hệ thống, số lượng chuyển giao giữa các cell …vv. Nhờ vậy mà họ cóthể giám sát được toàn bộ chất lượng dịch vụ mà họ cung cấp cho khách hàng và kịpthời xữ lý sự cố. Khai thác và bão dưỡng cũng bao gồm việc thay đổi cấu hình để giảmnhững sự cố xuất hiện, nâng cấp mạng về dung lượng tăng vùng phủ sóng, định vị sữachữa các sự cố hõng hóc …vv. Việc kiểm tra có thể nhờ một thiết bị có khả năng pháthiện một sự cố hay dự báo sự cố thông qua tự kiểm tra nhờ tính toán. Việc thay đổimạng có thể thực hiện “mềm” qua báo hiệu hay thực hiện cứng đòi hỏi can thiệp trựctiếp tại hiện trường. Việc khai thác có thể được thực hiện bằng máy tính đặt trong mộttrạm.1.1.11 Các giao diện trong mạng GSM Hình 1.3: Các giao diện trong mạng GSMGiới thiệu các giao diện trong mạng GSM:  BS đến MSC: Là giao diện A để đảm bảo báo hiệu và lưu lượng cả số liệu lẩn tiếng. Chi tiết về giao diện sẻ được đề cập trong chương 3 9
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSM  BST đến BSC: Là giao diện A-bis. Là một kết nối cố định bằng cáp thông thường băng thông khoảng 2Mbps. Chi tiết về giao diện sẻ được trình bày trong chương 3.  MSC với PSTN: Là giao diện Ai. Giao diện này được định nghĩa như giao diênj tương tự sử dụng hoặc báo hiệu đa tần hai tông (DTMF) hay báo hiệu đa tần (MF).  MSC với VLR: Là giao diện B.  MSC với HLR: Là giao diện C.  HLR với VLR: Là giao diện D. Đây là giao diện báo hiệu giữa HLR và VLR được xây dựng trên cơ sở báo hiệu số 7.  MSC với ISDN: Là giao diện Di. Đây là giao diện số với mạng ISDN.  MSC với MSC: Là giao diện E. Đây là giao diện lưu lượng và báo hiệu giữa các tổng đài của mạng di động.  MSC với EIR: Là giao diện F.  VLR với VLR: Là giao diện G. Nó được sử dụng khi cần thông tin trao đổi giữa các VLR.  HLR với AUC: Là giao diện H.  DMH với MSC: Là giao diện I. Đây là giao diện giữa bộ xử lý bản tin dữ liệu với MSC.  MSC với IWF: Là giao diện F.  MSC với PLMN: Là giao diện Mi. Là giao diện với các mạng thông tin di động khác.  MSC với OS: Là giao diện O. Đây là giao diện với các hệ thống khác.  MSC với PSPDN: Là giao diện Pi. Đây là giao diện giữa MSC với mạng chuyển mạch gói.  Bộ thích ứng đầu cuối TA với thiết bị đầu cuối TE: Là giao diện R. Là giao diện đặc thù cho từng loại đầu cuối được kết nối với MS.  ISDN với TE: Là giao diện S. Nó được định nghĩa ở hệ thống ISDN.  BS với MS: Là giao diện Um. Đây là giao diện môi trường vô tuyến.  PSTN với DCE: Là giao diện W. Nó được định nghĩa ở hệ thống PSTN.  MSC với AUX: Là giao diện X. Chương sau ta sẻ đi chi tiết về các giao diện có liên quan tới quá trình chuyểngiao và đây cũng là các giao diện hoạt động chính trong mạng GSM. 10
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSM1.2 MÔ HÌNH MẠNG GSM Mạng GSM là mạng viễn thông phân cấp được nối theo mô hình cây. Các phầntử cùng cấp là ngang hàng (hình 1.4). Có thể chia mạng GSM thành 3 cấp tương ứng: Hình 1.4: Mô hình mạng phân lớp GSM  Tổng đài liên tỉnh: Cấp liên tỉnh được hiểu là cấp cao nhất trong mạng GSM. Tương đương với cấp liên tỉnh là hệ thống NSS mà đặc trưng là trung tâm chuyển mạch MSC. Một MSC có thể quản lý nhiều BSC và được phân nhánh theo hình cây.  Tổng đài nội hạt: Hệ thống BSS tương đương với một tổng đài nội hạt. Trong một BSS một BSC quản lý nhiều BTS. Giữa BTS và BSC có thể nối theo hình cây hoặc vòng sử dụng. Một BSC tương đương tổng đài host và các BTS tương đương với tổng đài vệ tinh. Hình 1.5: Kiều nối hình cây và vòng trong BSS 11
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSM  Tổng đài tập trung thuê bao: Là các thuê bao di động, chúng có thể di chuyển từ cell này sang cell khác và vì vậy một kết nối từ tổng đài nội hạt tới các tổng đài vệ tinh là không cô định, kết nối này là kết nối vô tuyến động.1.3 MẠNG TRUY CẬP GSM Mạng GSM sử dụng đa truy cập phân chia theo thời gian kết hợp phân chia theotần số cho phép tận dụng tối đa băng tần được cấp và tăng dụng lượng hệ thống. Xuhướng là tiết kiệm băng thông, thời gian truy cập ngắn và độ trể là nhỏ nhất. GSM băngtần 900MHz sử dụng phương pháp truy cập TDMA 8 kênh với độ rộng băng tần sóngmang 200kHz và sử dụng truyền dẫn có liên kết để một MS có thể truy cập vào mạng.1.3.1 Các kênh vật lý GSM sử dụng phối hợp giữa đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA) và đatruy cập phân chia theo tần số (FDMA).Phân chia theo tần số: Phân bố tần số trong GSM được quy định nằm trong khoảng 890 - 960MHz vớisự bố trí các kênh tần số như sau: • Dải tần số tuyến lên (từ MS đến BTS) 25MHz: 890 – 915MHz fL = 890MHz + (0,2MHz) x n trong đó n = 0,1,...,124 • Dải tần đường xuống (từ BTS đến MS) 25MHz: 935 – 960 MHz fU = fL +45MHz Như vậy có 125 kênh được đánh số tứ 0 -> 124 riêng kênh 0 dành cho khoảngbảo vệ. Hệ thống GSM mở rộng (E-GSM) có băng tần rộng thêm 10MHz ở cả hai phíanhờ vậy số kênh tăng thêm 50 kênh. Phân bố tần số trong dải này như sau: • fL = 890MHz +(0,2MHz) x n; n =0,1,...124và fL = 890MHz +(0,2MHz) x (n – 1024); n=974,975,...,1023 • fU = fL + 45MHz Như vậy các kênh bổ sung được đánh số từ 974->1023 được sử dụng kênh thấpnhất 974 để làm khoảng bảo vệ. Đối với hệ thống DCS-1800 băng tần công tác 1710-1880 MHz phân bố tần sốnhư sau: 12
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSM • fL = 1710MHz + (0,2MHz) x (b-511); n= 512,513,...,885 • fU = fL + 95MHzNhư vậy có 375 kênh được đánh số từ 412 -> 884 Trong thông tin di động sử dụng phương pháp lặp lại tần số để tránh sự nhiểu cáckênh lân cân và tăng dung lượng hệ thống. Một phương pháp đặc biệt nữa để tăng dunglượng hệ thống là kết hợp phân chia theo thời gian và phân chia theo tần số. Truyền dẩnvô tuyến ở GSM được chia thành các cụm (Burst) chứa hàng trăm bit đã được điều chế.Mỗi cụm được phát đi trong một khe thời gian có độ rộng là 15/26ms~ 577us ở trongmột kênh tần số có độ rộng 200kHz nói trên. Hình 1.6: Đa truy cập kết hợp TDMA và FDMA Mổi kênh tần số cho phép tổ chức các khung truy cập theo thời gian có độ dài4,62ms, mỗi khung bao gồm 8 khe thời gian từ 0->7, mỗi khe gọi là một timeslots (TS0,TS1, ... , TS7). Hình 1.7a: Tổ chức một khung TDMA Tất cả các khung TDMA ở tất cả các kênh tần số ở cả đường lên lẩn đườngxuống đều được đồng bộ. Tuy nhiên để MS sử dụng cùng một khe thời gian cho cả 13
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSMđường lên lẩn đường xuống mà không phải thu phát đồng thời thì khởi đầu của khungTDMA đường lên trể 3 timeslots. Hình 1.7b: Phân khung TDMACấu trúc một cụm (Burst): Một cụm là một khe thời gian có độ dài 577us. Trong hệ thống GSM tồn tại 4dạng cụm khác nhau. Nội dung các cụm (hình 1.8) như sau: - Cụm bình thường (NB: Normal Burst): cụm này được sử dụng để mang thông tin về các kênh lưu lượng và các kênh kiểm tra. Đối với kênh lưa lượng TCH cụm này chứa 144 bit được mã mật mã, 2 bit cờ lấy cắp (chỉ cho kênh TCH) trong 58 bit thông tin, 2 cặp 3 bit đuôi 000 (tail bíts) để đảm bảo rằng bộ giải mã viterbi bắt đầu và kết thúc trong một trạng thái đả biết, 26 bit hướng dẫn (phản ánh tương đối đúng tình trạng truyền sóng cho máy thu từ đó bộ cân bằng viterbi có thể xây dựng mô hình kênh ở các thời điểm để loại bỏ ảnh hưởng của nhiểu pha định đa tia) và khoảng bảo vệ 8,25 bit tránh ảnh hưởng của kênh lân cận. Tổng cộng có 156,25 bits. - Cụm hiệu chỉnh tần số (FB: Frequency Correction Bits): Cụm này được sử dụng để đồng bộ tần số cho trạm di động. Cụm chứa 142 bit cố định bằng 0 để tạo ra dịch tần số +67,7kHz trên tần số định danh, 2 cặp 3 bit đuôi 000 chuổi bít không này sau khi sau khi điều chế GMSK cho một sóng hình sin hoàn toàn quanh tần số 68kHz cao hơn tần số sóng mang RF, 8.25 bit dùng cho khoảng bảo vệ. - Cụm đồng bộ (SB: Synchronisation Burst): cụm này dùng để đồng bộ thời gian cho trạm di động. Cụm chứa 2*39 bit thông tin được mật mã hóa để mang thông tin chi tiết về cấu trúc khung (về số khung (FN)) của khung TDMA và BSIC (Base Station Identity Code), 2 căp 3 bit đuôi 000 để đảm báo bắt đầu và kết thúc của khung mang thông tin cấn thiết, burst đồng bộ là burst đầu tiên mà MS giải điều chế vì lý do này mà chuổi hướng dẩn kéo dài 64 bit và nó cũng cho phép lớn hơn độ rộng trể đa đường, thêm khoảng bảo vệ 8,25 bit. - Cụm truy nhập (AB: Access Burst): cụm này được sử dụng bởi MS để truy nhập ngẫu nhiên khởi tạo mạng và chuyển giao. Nó là burst đầu tiên của 14
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSM đường lên mà BTS sẻ giải điều chế từ một MS đặc thù. Cùng với burst đồng bộcụm chứa 41 bit hướng dẫn để kéo dài thoải mái quá trình giải điều chế, cụm chứa 36 bit thông tin, 8 bit đuôi đầu, 3 bit đuôi cuối và khoảng bảo vệ 68,25 bit để bù trể cho sự lan truyền giữa MS và BTS và cũng để phù hợp với cấu trúc một cụm cho một khe thời gian. Hình 1.8: Khuôn dạng các burst trong GSM - Cụm giả (DB: Dummy Burst): Cụm giả được phát đi từ BTS trong một số trường hợp để lấp kín những khe thời gian không hoạt động trên kênh BCCH. Cụm không mang thông tin và có cấu trúc giống như NB nhưng các bít mật mã được thay thế bằng các bit hỗn hợp.Tổ chức khung đa khung siêu khung: Mổi khung TDMA cho một sóng mang. Một khung có 8 khe thời gian được đánhsố từ 0 đến 7. Nguyên lý mật mã hoá trong hệ thống GSM dùng một thông số là sốkhung TDMA. Vì vậy trạm thu phát gốc phải đánh số các khung ở dạng chu trình(không thể đánh số khung đến vô tận). Số này còn được sử dụng trong thuật toán nhảytần. Số được chọn là 2715648 tương ứng 3 giờ 28 phút 53 giây 760 ms. Cấu trúc nàyđược gọi là siêu siêu khung. Một siêu siêu khung được chia thành 2048 siêu khung vớikhoảng thời gian 6 phút 12 giây. Siêu khung được chia thành các đa khung.Có hai loại đa khung:  Đa khung 26 khung, đa khung này sử dụng cho kênh TCH, SACCH, FACCH và 51 đa khung hợp thành một siêu khung. 15
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSM  Ở đa khung điều khiển 51 khung để đảm bảo bất kỳ thuê bao GSM nào (ở tế bào phục vụ hay lân cận) có thể nhận được SCH và FCCH từ BCH mà không phụ thuộc vào việc nó đang dùng khung nào và khe thời gian nào. Đa khung này sử dụng cho các kênh báo hiệu logic BCCH, CCCH, FCCH và SACCH. (26 đa khung thành 1 siêu khung). Cấu trúc khung cho kênh lưu lượng toàn tốc (TCH/F) chiếm dữ một khe thờigian trong mỗi khung TDMA (hình 1.9a). 12 khe trong mỗi khung TDMA đầu tiên củađa khung 26 được sử dụng cho kênh TCH/F từ khung 0 tới 11. khe thời gian tiếp (khe12 trong đa khung 26) theo không được sử dụng cho truyền dẫn, là khoảng thời gian rổikhe “idle”. 12 khe tiếp theo trong mỗi khung TDMA của đa khung được sử dụng choTCH/F. Khe thời gian còn lại của đa khung 26 được sử dụng cho kênh SACCH. Hình1.9a có thể được ứng dụng cho cả đường lên và đường xuống. Chú ý cấu trúc đa khungthể hiện trong hình 1.9a chỉ gắn cho một kênh TCH/F chiếm giữ những khe thời gianđược đánh số lẻ. Trên khe thời gian được đánh số chẵn và khe thời gian 0 là vị trí củakhe thời gian rỗi và khe dành cho kênh SACCH được trao đổi.Chú ý rằng hình 2.9a chỉ thể hiện những khe thời gian từ cùng kênh vật lý, các khe thời gian từ 7 kênhvật lý còn lại đả bị bỏ quên. Hình 1.10b thể hiện ghép 2 kênh lưu lượng bán tốc TCH1&TCH0 lên các khungTDMA của đa khung 26, khung thứ 13 và 16 dành cho kênh SACCH0 và SACCH1. Hình 1.9a: Cấu trúc khung cho kênh lưu lượng toàn tốc TCH/F trên khe thời gian 1 Cấu trúc khung cho kênh điều khiển đặt trên khe thời gian TS0 thể hiện trên hình1.9b. Trong trường hợp đa khung 51 khung với thời gian 235ms. Toàn bộ các kênh 16
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSMngoại trừ kênh TCH đều sử dụng cấu trúc đa khung 51 khung. Mỗi đa khung điều khiểnBCCH/CCCH có độ dài là 235.4 ms(gồm 51 khung TDMA) được mapping trên TS0của sóng mang có chứa kênh BCCH/CCCH (không phải sóng mang nào cũng có chứa tổhợp kênh này), ở đa khung 51 này có độ dài 235.4 ms sẽ có 5 TS dùng để phát thông tintrên kênh SCH, cụ thể TS0 của khung thứ 1 (bắt đầu tính từ khung thứ 0 đến khung thứ50), TS0 của khung thứ 11, TS0 của khung thứ 21, 31, 41. Tức là cứ sau 10 khung (10 x4.615 ms) thì thông tin trên SCH (có chứa số hiệu khung) lại được phát 1lần. Kênh logic FACCH được dùng khi có yêu cầu chuyển giao khi đang hội thoại, nóchiếm 20 ms trên chính kênh TCH được cấp cho MS và vì vậy nó được gọi là "stealing". Thời gian tối đa phải chờ của MS để thu được số khung TDMA sẽ là khoảng thờigian từ sau TS0 cuối cùng trong đa khung 51 của kênh vật lý BCCH (TS0 trên sóngmang BCCH của trạm BS) dành cho kênh logic SCH, cho tới hết TS0 dành cho SCHđầu tiên của đa khung 51 của kênh vật lý BCCH tiếp theo.Do yêu cầu điều khiển chuyển giao khi đang diễn ra đàm thoại cần phải nhanh mà kênhSACCH thì lại có tốc độ quá chậm (chỉ có 1 lần trong đa khung 26 của kênh TCH, chỉđủ để: • Đường xuống, BS gửi yêu cầu điều khiển công suất và time alignment cho MS; • Đường lên, MS gửi các náo cáo đo lường công suất cho BS phục vụ điều khiển HO và tính toán điều khiển công suất/time alignment). Do đó người ta "lấy cắp" kênh TCH 2 chiều đang đàm thoại để truyền tin tứcđiều khiển HO (vì lúc này thì chất lượng thoại lúc đó cũng đã quá kém rồi, có để kênhTCH thì cũng không truyền thoại tiếp nữa). Việc lấy cắp được diễn ra như sau: • Ngắt không truyền tin tức cuộc gọi trên kênh logic TCH; • Truyền tín hiệu điều khiển chuyển giao trên kênh đó. Việc phân biệt khi nào kênh TCH là TCH, khi nào là FACCH thực hiện nhờ cờlấy cắp là 1 bít nằm sau đoạn 56 bít mã thông tin thứ nhất trong burst TCH (nằm ngaytrước 26 bít training) và 1 bít nằm đầu ngay trước đoạn 56 bít mã thông tin thứ hai trongburst TCH (ngay sau 26 bit training). Bít cờ ăn cắp này là 1 thì kênh TCH lúc đó đangdùng cho FACCH còn là 0 thì đang là TCH (đang truyền các dữ liệu thoại của cuộc đàmthoại). 17
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSM Hình 1.9b: Cấu trúc khung cho một nhóm kênh điều khiển trên TS01.3.2 Các kênh logic Trong GSM có hai loại kênh logic chính là kênh lưu lượng TCH và kênh điềukhiển CCH. Hình 1.10a: Sơ đồ hệ thồng các kênh logic trong mạng GSM 18
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSMKênh lưu lượng (TCH): Các kênh lưu lượng được phân thành 2 loại: toàn tốc (13kbps) hay bán tốc(6,5kbps). Ở chế độ toàn tốc người dùng chiếm hoàn toàn một khe thời gian ở cáckhung liên tiếp, trong khi ở bán tốc khe được phân cách khung. TCH không được dùngở TS0 (khe này dành cho điều khiển). 26 khung liên tiếp tạo nên đa khung (trong đókhung thứ 13 luôn chứa dữ liệu điều khiển liên kết chậm, khung thứ 26 là khung rỗi ởchế độ toàn tốc và cũng chứa điều khiển liên tiếp chậm ở chế độ bán tốc). Hình 1.10b: Tổ chức hai kênh lưu lượng bán tốc TCH0/H và TCH1/H lên đa khung 26  Tiếng nói: tiếng nói được số hoá tại tốc độ 13kbps, thêm mã kênh sẻ có tốc độ 22,8kbps. Với bán tốc tốc độ số hoá 6,5kbps khi bổ sung thêm mã kênh cho tốc độ 11,4kbps.  Dữ liệu toàn tốc: 12kbps (cho tốc độ luồng cơ sở 9,6kbps), 6kbps (cho tốc độ luồng cơ sở 4,8kbps), 3,6kbps (cho tốc độ luồng cơ sở bé hơn hoặc bằng 2,4kbps).Các kênh điều khiển: Có 3 loại kênh điều khiển chính: Kênh quảng bá BCH, kênh điều khiển chungCCCH, kênh điểu khiển riêng DCCH.Kênh quảng bá BCH: có 3 loại kênh tách biệt • Các kênh hiệu chỉnh tần số FCCH: Các kênh này mang thông tin hiệu chỉnh tần số cho các trạm MS. Chứa ở khung 0 và lặp lại sau 10 khung nhằm đồng bộ tần số nội của máy di động MS với tần số trạm gốc BTS. • Kênh điểu khiển quảng bá BCCH: Chỉ sử dụng ở đường xuống. Kênh này hát quảng bá các thông tin về tế bào (Cell), mạng và tình trạng hiện tại của tế bào (cấu trúc điều khiển, các kênh lưu lượng còn rỗi, đang sử dụng hoặc nghẽn). Từ khung thứ 2 đến khung thứ 5 trong một đa khung (4/51 khung) chứa dữ liệu BCCH trên khe TS0. • Kênh đồng bộ SCH: Kênh này mang thông tin để đồng bộ khung cho trạm di động MS và nhận dạng BTS, nó chỉ sử dụng cho đường xuống. Khung SCH chứa tại các khung ngay sau FCCH cho phép máy di động xác định trạm 19
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSM cơ sở phục vụ và đồng bộ khung với trạm gốc. Số khung FN từ 0->2715647 được gửi cùng mã xác định trạm gốc (BSIC) trong dữ liệu SCH. Vì máy di động có thể ở xa BS đến 30Km nên nó thường phải hiệu chỉnh thời gian để đồng bộ đồng hồ với trạm gốc (tính đến thời gian truyền sóng). BS phát lệnh bổ sung thời gian đến MS thông qua SCH. Hình 1.10c: Tổ chức các kênh điều khiển quảng bá lên các khe thời gianCác kênh điều khiển dùng chung CCCH: Có 3 loại • Kênh tìm gọi PCH: Cung cấp tin nhắn từ BTS đến MS để tìm gọi MS, PCH phát IMSI của thuê bao và yêu cầu đáp lại trên tuyến lên RACH. Ngoài ra PCH cũng có thể được dùng cung cấp các bản tin quảng bá tế bào dạng ASCII. • Kênh truy cập ngẫu nhiên RACH: Kênh này tuyến lên để máy di động MS đáp lại lời tìm gọi hoặc để MS đề nghị khởi phát cuộc gọi (cung cấp một kênh). RACH dùng sơ đồ truy cập ALOHA và có thể chiếm tất cả các khung nằm ở TS0. Khi thiết lập dịch vụ BS phải trả lời RACH bằng cách phân kênh và dành một kênh điều khiển dành riêng SDCCH để báo hiệu cuộc gọi. Kết nối này (số hiệu kênh được phân) được thông báo qua AGCH. • Kênh trợ giúp truy cập AGCH: Hoạt động trên tuyến xuống, dữ liệu được mang chỉ thị cho MS chuyển sang một kênh vật lý xác định (một khe trong 20
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSM một ARFCN) với một kênh điều khiển riêng. AGCH là bản tin CCCH cuối cùng gữi từ trạm BS trước khi MS ngẳt khỏi kênh điều khiển (dùng để đáp lại RACH gữi ngược từ khung trước đó).Kênh điều khiển dành riêng DCCH: Dùng cho một cuộc gọi cụ thể. Cũng có 3 loại giống như kênh lưu lượng cóchức năng, dạng thức giống nhau trong cả 2 chiều đồng thời có thể ở bất kỳ khe nàongoài TS0, bất kỳ ARFCN nào. • Kênh điều khiển dành riêng đứng một mình SDCCH: mang dữ liệu báo hiệu và hiệu chỉnh kết nối MS và BS ngay trước khi được phân TCH. SDCCH đảm bảo rằng MS và BS vẫn được kết nối trong lúc BS và MSC kiểm tra thuê bao và phân TCH. SDCCH được dùng đê gửi bản tin nhận thực, báo hiệu cũng như đồng bộ máy di động với cấu trúc khung để chờ TCH, chúng có thể là một kênh vật lý khác hay chiếm TS0 của BCH nếu lúc đó có yêu cầu chậm lưu lượng BCH hoặc CCCH. • Kênh điều khiển liên kết chậm SACCH: kênh này liên kết với TCH hay SDCCH, ở tuyến xuống chúng mang thông tin điều khiển đến MS (mức công suất, đặt lại timing). Ở tuyến lên chúng mang thông tin về độ mạnh tín hiệu nhận được, chất lượng kênh TCH cũng như kết quả đo mức BCH từ tế bào lân cận. Dữ liệu được mang ở 8 khe (khi có 8 người dùng) trong khung thứ 13 hoặc 26. • Kênh liên kết nhanh FACCH: mang thông tin khẩn cấp (giống loại bản tin trong SDCCH) xen vào TCH bất kỳ lúc nào (ví dụ khi yêu cầu chuyển giao) bằng cách thay thế vào khe của TCH và đặt lại 2 bit cờ hiệu - cờ lấy lén).Kênh quảng bá ô CBCH: Kênh này chỉ được sử dụng ở đường xuống để phát quảng bá ô cho các bản tinngắn SMSCB. CBCH sử dụng cùng kênh vật lý như SDCCH.Cấu hình kênh logic có thể đặt vào một kênh vật lý: 21
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSM Hình 1.10d: Tổ hợp các kênh logic lên kênh vật lý1.4 XỬ LÝ TÍN HIỆU SỐ TRONG GSM Hình 1.11 là sơ đồ miêu tả quá trình thu phát tín hiệu trong mạng GSM. Hình 1.11: Xử lý tín hiệu số và biến đổi vào sóng vô tuyến ở MS1.4.1 Mã hoá tiếng nói Tiếng nói được đưa qua bộ lọc thông thấp vào bộ biến đổi A/D để được mã hoáPCM đồng đều với tần số lấy mẫu 8kHz và 13 bit mã hoá cho một mẫu. Trước khi vàobộ mã hoá tiếng thì tín hiệu PCM đồng đều 13bit/8000mẫu/s được nhấn mạnh trước(Pre-emphasis) rồi được chia thành các đoạn (khung) 20ms/160mẫu/13bit đưa vào đầuvào của bộ mã hoá. Ở đầu ra của bộ mã hoá ta được các khối 20ms mã hoá 260 bit làmcho tốc độ của luồng là 13kbps. Nếu tín hiệu đầu vào mạng GSM lấy từ mạng PSTN thìtrước hết tín hiệu 8 bit PCM luật A được biến đổi thành 13 bit PCM đồng đều rồi sau đóđưa ra bộ mã hoá để biến đổi thành 13kbps. 22
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSM1.4.2 Mã hoá kênh Mã hoá kênh trong GSM được sử dụng để hiệu chỉnh và phát hiện lỗi trongluồng thu để giảm tỷ số bit lỗi BER. Ở hệ thống thông tin di động người ta sử dụng 2loại mã kênh khác nhau: mã khối tuyến tính (Linear Block Code) và mã xoắn(Convolutional Code). Mã khối được sử dụng để phát hiện lỗi còn mã xoắn để sửa lỗi.Mã hoá kênh cho lưu lượng tiếng: Lối ra của bộ mã hoá tiếng được xếp thành nhóm để chống lỗi dựa vào mức độquan trọng của bit. 260bit/20ms được chia thành 182 bit loại I (các bit được bảo vệ), 78bit loại II (không được bảo vệ).Trong 128 bit được bảo vệ phân ra 50 bit quan trongnhất Ia sẻ được bảo vệ bằng 3 bit chẵn lẻ (CRC) để phát hiện lỗi. Các bit này được tạora ở bộ mã hoá khối tuyến tính có đa thức tạo mã: (x) = x 3 + x +1. Cho phép phát hiệnlỗi trên một khối 50 bit. 132 bit tiếp theo cùng với 53 bit trên lại được bổ sung thêm 4bit zero vào cuối theo hai đa thức :g1(x) = 1 + x3 + x4 và g2(x) = 1 + x + x3 + x4 thành 189bit được mã xoắn tốc độ ½ tạo nên dãy 378 bit. 378 bit này lại được tách ra và xếp đanxen theo kiểu chẵn lẽ: các bít chẵn bít d0,d2 ...d180 xếp đầu đến 3 bít CRC rồi tớid181,d179.....d1 tiếp theo là 4 bít zero (hình 1.12). Tổ hợp các bít này cùng với 78 bitkhông quan trọng không được chống lỗi tạo thành khối 456bit/20ms cho tốc độ 22,8kbps. Hình 1.12: Mã hoá kênh cho tiếng toàn toàn tốc 23
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSMMã hoá kênh cho tiếng toàn tốc: Mã hoá kênh điều khiển: Bản tin điều khiển dài 184 bit được mã lửa dùng đathức sinh: G4(x) = (x23 + 1)(x17 + x3 + 1) sẻ cho 184 bit bản tin và 50 bit kiểm tra tiếptheo cộng thêm 4 bit đuôi (để phù hợp với mã xoắn tiếp theo). Tổng cộng là 228 bitđược cấp cho bộ mã xoắn ½ kết quả cho 456 bit, tốc độ 22,8kbps.1.4.3 Đan xen Để giảm nhiễu cụm trên dữ liệu nhận được 456bit/20ms (tiến nói hay bản tin)được tổ chức lại và được ghép xen theo 8 nữa cụm: 1 2 3 4 4 6 7 8 9 10 11 12 13 14 14 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 . . . . . . . . 47bit . . . . . . . . . . . . . . . . 449 450 451 452 453 454 454 456 8 khung Hình 1.13a: Đan xen tiếng toàn tốc mức 1Đan xen tiếng toàn tốc mức 1: Mỗi bán cụm chứa 47 bit. Sau đó các bán cụm nói trên được đan xen ở mức hai.Đan xen mức 2: Giã sử có 4 cụm giữ liệu A, B, C, D được ghép đan xen với nhau như hình 1.13b.Ta thấy 4 bán cụm đầu của một lớp (lớp A) được đặt vào bốn cụm đầu ở các vị trí lẻ,các vị trí chẵn được dành cho ghép xen các bít của 4 bán cụm sau của khối trước đó( khối D). Bốn bán cụm sau của khối A được đặt vào các vị trí chẵn của bốn cụm sau,các vị trí lẻ để đan xen các bán cụm từ khối B. Với cách đan xen này nếu ta mất hẳn mộtcụm thì mất 12,5% thông tin của một khối bản tin và sau khi sắp xếp lại các bít lỗi sẻphân tán cách nhau 8 bit. Nếu bị lỗi một cụm liên tiếp 10 bit thì khi sắp xếp lại ở phíathu các bit lỗi sẽ phân tán cách nhau 16 bit. 24
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSM A1 A17 A33 ... A9 A24 A41... A4 A20 A36 ... A12 A28 A44... B1 A5 B17 A21 B33 A37... B9 A13 B25 A29 B41 A45... B4 A8 B20 A24 B36 A40... B12 A16 B28 A32 B44 A48... C1 B5 C17 B21 C33 B37... C9 B13 C25 B29 C41 B45... C4 B8 C20 B24 C36 B40... C12 B16 C28 B32 C44 B48... Hình 1.13b: Đan xen mức 21.4.4 Mật mã hoá Mục đích của việc mật mã hoá dữ liệu là chống sự can thiệp của người thứ 3, haysự xâm phạm tín hiệu ngoài ý muốn. Trong GSM mật mã hóa là không phụ thuộc dữliệu, nhưng chỉ áp dụng cho cụm thường. Mật mã hoá tín hiệu đạt được bằng thao táchoặc loại trừ (XOR) giữa một chuổi ngẫu nhiên với 114 bit của cụm bình thường, nghĩalà với tất cả các bit thông tin trừ các cờ lấy cắp: Hình 1.14a: Quá trình mật mã hoá và giải mã Để giãi mã người ta thực hiện thao tác hoặc loại trừ XOR giữ tín hiệu thu vớichuổi ngẫu nhiên. Chuổi ngẫu nhiên được tạo ra từ số khung và khoá mật mã K c theo 25
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSMthuật toán A5. Thuật toán A3 được dùng để nhận thực MS bằng cách kiểm tra passcodetrong SIM và chìa khoá mã Ki tại MS của thuê bao. Mẫu tin được gữi từ mạng tới MS làmột số ngẫu nhiên 128 bit gọi là RAND. Cả A3 lẫn Ki được lưu trong SIM, nó chỉ đượcđọc từ SIM khi mà đã đựơc cá nhân hoá dưới sự điều khiển của mạng. Ki kết hợp vớiRAND qua thuật toán A3 cho SRES (13 bit). Hình 1.14b: Quá trình nhận thực và mật mã hóa1.4.5 Điều chế Công nghệ điều chế được sử dụng trên kênh vô tuyến trong mạng GSM là khoádịch pha cực tiểu GMSK. Đây là phương pháp băng hẹp dựa trên kỹ thuật điều chế dịchpha với tiêu chuẩn băng thông được sử dụng là BT =0,3 (B là độ rộng băng tần, Tkhoảng thời gian kéo dài của bit). GMSK là loại điều chế FM số đặc biệt. Nền tang củaGMSK chính là MSK. Mức logic 1 là nguyên nhân của sự dịch pha sóng mang tăng 90o,còn mức logic 0 sẻ là nguyên nhân của sự pha giảm 90o. Hay nói cách khác bit 1 và 0được biểu diễn bằng dịch tần sóng mang RF một lượng 67,708kHz. Sự dịch pha là dochuyển dịch tức thòi của tần số sóng mang giữa 2 giá trị khác nhau, f 1và f2, do đó MSKlà một trường hợp đặc biệt của FSK. Tần số f1 và f2 được cho bởi: Trong đó Rb là tốc độ ký hiệu điều chế ~ 271kbps, fc là tần số sóng mang. (tôc độkênh) chính bằng 4 lần sự dịch tần của sóng mang. Để thu được phổ tần số của tín hiệuđiều chế luồng bít đưa lên điều chế được đưa qua bộ lọc Gauss. Vì thế gọi là điều chếGMSK. 26
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSM Các bit dữ liệu thứ i di, được mã hoá vi phân bỡi sự biễu diễn cộng modul 2 củabit hiện tại và bit trước đó: Trong đó là mã hoá vi phân của bit thứ i, di có thể mang giá trị 0 hoặc 1. Dữliệu điều chế tại đầu vào αi tới bộ điều chế GMSK, được cho bởi: Dữ liệu điều chế αi sau đó được cho qua bộ lọc liner (tuyến) với đáp ứng xungh(t) cho bởi: T là chu kỳ bit và B là băng thông của bộ lọc 3dB. BT trong GSM là 0,3 ý là mỗibit được trải dài 3 bit điều chế. Kết quả là ISI phải được tách ra tại nơi nhận khi sử dụngmôt bộ cân bằng (ví dụ bộ cân bằng Viterbi). Đáp ứng xung h(t) và đáp ứng tần số H(f)của bộ lọc được thể hiện ở hình 1.12a. 27
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSM Hình 1.15a: Đáp ứng xung h(t) và đáp ứng tần số H(z) của bộ lọc Gauss được sử dụng trong GMSK Đáp ứng xung của bộ lọc g(t) (hình 1.12b), tín hiệu ở đầu ra của bộ lọc khi mộtxung có độ rộng T được đưa vào: Trong đó: 28
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSM Đáp ứng xung g(t) thể hiện trong hình 1.12b ta nhận thấy nó kéo dài xấp xĩ 3 chukỳ bit T và biên độ của g(t) là 1. Hình 2.15b: Đáp ứng xung của bộ lọc GMSK Hình 2.15c: Đầu ra của bộ lọc băng cơ sở Tín hiệu tại đầu ra của bộ lọc là tổng của đáp ứng xung cho mỗi bit dữ liệu vào.Hình 1.12c là dãy dữ liệu 0010. Tín hiệu này được sử dụng để điều chế tần số của sóngmang. Pha của tín hiệu được điều chế φ(t) có thể đã được xác định bởi sự tích hợp cáctín hiệu tại đầu ra của bộ lọc: Trong đó m=1/2 chỉ số điều chế. Sự thay đổi của pha giới hạn là π/2 (radians).Tín hiệu sóng mang được điều chế RF có thể được biểu diễn: 29
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSM Trong đó Ec là năng lượng trên bit điều chế. f0 là tần số sóng mang và φ0 là bùpha ngẫu nhiên được duy trì liên tục trong khoảng thời gian của 1 cụm đơn TDMA.Chương 2 GIAO THỨC BÁO HIỆU MẠNG GSM Trong phần trên chúng ta đả tổng quan về mạng GSM. Phần này chúng ta sẻ tìmhiểu về các giao thức báo hiệu, thủ tục để thiết lập điều khiển và kết thúc một cuộc gọi.Chúng ta sẻ đi tìm hiểu chi tiết về các giao diện hoạt động chủ yếu trong quá trình gọivà chuyển giao trong mạng. Các giao diện: A, Abis, Air được thể hiện trong hình 3.0. Hình 2.0: Các giao diện liên quan tới việc chuyển giao trong GSM2.1 GIAO THỨC BÁO HIỆU Nhiệm vụ chính của báo hiệu là để thiết lập và xoá kết nối cuộc gọi. Ngày naycác ứng dụng mới luôn luôn được thêm vào. Trong đó là việc tự động truy cập cơ sở dữliệu hoặc Các dịch vụ được mở rộng trên một vùng rộng lớn của mạng viễn thông. Hình 2.1: Giao thức báo hiệu trong mạng GSM 30
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSM2.1.1 Giao diện A Trên lớp vật lý, giao diện A bao gồm một hoặc nhiều liên kết PCM giữa MSC vàBSC với băng thông khoảng 2Mbps. Đặt giữa BSC và MSC là TRAU (TranscoderAdapter Rate Unit) là một thiết bị thích ứng tốc độ, ở đây còn có quá trình mã hoá vàgiãi mã tiếng một đặc thù trong thông tin di động được tiến hành. Vì thế có thể chia giaodiện A thành 2 phần như sau: • Phần thứ nhất giữa BSC và TRAU, nơi dữ liệu tải trọng truyền dẫn vẩn được nén. Hình 3.1 thể hiện một cấu hình kênh có thể cho 3 đường trung kế. Như trên giao diện Abis, một kênh lưu lượng đơn chỉ chiếm 2 trong số 8 bit của một kênh PCM. Điều này giải thích tại sao có thể truyền 4 kênh lưu lượng toàn tốc trên một kênh PCM. Không kể đến các TS nơi thông tin báo hiệu được mang. Thông tin báo hiệu yêu cầu toàn bộ 64Kbps của kênh. • Phần thứ hai là giữa TRAU và MSC, tại nơi đó toàn bộ dữ liệu không được nén. Bởi vì mổi kênh lưu lượng yêu cầu tất cả 8 bit hoặc chiếm toàn bộ 64Kbps của kênh PCM. Vị trí của kênh báo hiệu có thể khác trước và sau TRAU (hình 2.2). Hình 2.2: Cấu hình kênh có thể giữa BSC và MSC Giao diện A là giao diện giữa BSC và MSC, nó được xây dựng trên chuẩn giaotiếp đang tồn tại là hệ thống báo hiệu SS7 được sử dụng khắp trong NSS. Chuẩn báohiệu này rất phổ biến trong giao tiếp điện thoại. Trong mạng viễn thông PSTN và ISDN.Hệ thống báo hiệu kênh chung CSSN07 là tiêu chuẩn toàn cầu để định nghĩa truyềnthông bằng liên minh truyền thông quốc tế ITU. Phần tiêu chuẩn hoá truyền thông ITU-T. Tiêu chuẩn này được định nghĩa thủ tục và giao thức bằng phần tử mạng trong mạngchuyển mạch công cộng PSTN thông tin chuyển mạch qua mạng báo hiệu số 7 tới tế bào(liên kết vô tuyến) và đường dây thiết lập cuộc gọi định tuyến và điều khiển. Ở CCSN7đường báo hiệu tách riêng so với đường tiếng. Ở mạng này không nhất thiết có mộtkênh báo hiệu trên mọi đoạn nối, điều này có nghĩa là các bản tin báo hiệu có thể có cácđoạn nối khác với đường dẫn để đến được điểm nhận, để tránh nhầm lẫn người ta gánnhãn cho từng bản tin. Kênh báo hiệu có thể chiếm một khe thời gian bất kỳ trên cácđường truyền dẫn 2Mbps trừ khe TS0 và được sử dụng để truyền tất cả các báo hiệu củacác kênh thoại ở đoạn nối tương ứng. Các giao thức được sử dụng trong SS7. • Thiết lập cuộc gọi cơ sở, quản lý và Haldown 31
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSM • Dịch vụ klhông dây như dịch vụ thông tin cá nhân (PCS) chuyển giao không giây và nhận thực thuê bao di động • Di chuyển số định vị LNP • Miễn thuế cước và dịch vụ đường dây tính cước • Tăng đặc trưng gọi như định hướng cuộc gọi, tên cuộc gọi và hiển thị số, kết nối người thứ 3 • Truyền thông toàn cầu bảo mật và hiệu quả Các phần quan trong nhất trong giao thức báo hiệu SS7 trong phạm vi của GSM,được minh hoạ trong hình 2.3. Hình 2.3: Mô hình phân lớp hệ thống báo hiệu SS7Chú ý: Phần tô mầu xám liên quan tới các bản tin báo hiệu chuyển giao. Lớp thấp hơn của ngăn xếp giao thức SS7 (OSI lớp 1-3) được gọi là phần truyềndẫn bản tin MTP. Phần SCCP được xem như phần người sử dụng của MTP ẩn mìnhmột ít trong lớp 3. SCCP cung cấp dịch vụ mạng phi kết nối và kết nối định hướng,chuyển đổi tên toàn cầu qua mức ba của MTP. Tên toàn cầu (GTT: Global TitleTranslation) là địa chỉ được chuyển đổi bởi SCCP thành mã địa chỉ đích và số hệ thốngcon. Duy nhất hệ thống con nhận dạng ứng dụng tại điểm báo hiệu đích. SCCP được sửdụng để chuyển đổi lớp cho dịch vụ cơ sở TCAP. Đặc trưng báo hiệu GSM trong giao diện A được thực hiện bởi phần ứng dụng hệthống trạm cơ sở Base Station Subsystem Application Path (BSSAP). Phần này đượcchia thành 2 lớp: BSSMAP và DTAP. BSSMAP điều khiển, quản lý bản tin RR cònDTAP quản lý điều khiển bản tin MM và CC. BSSMAP bao gồm các bản tin được traođổi giữa MSC và BSC mà trên thực tế thì được tiến hành bởi BSC. Ví dụ các bản tinPAGING, HND_CMD và RESET. DTAP bao gồm tất cả các bản tin trao đổi giữa hệthống con của NSS và MS. Các bản tin này được truyền trong suốt qua BSS ngoại trừ 3bản tin của MM là LOC_UPD_REQ, IMSI_DET_IND và CM_SERV_REQ. Điều nàyđược minh hoạ dưới hình 2.4. 32
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSM Hình 2.4: Mối liên hệ của bản tin BSSMAP tới báo hiệu trong mạng GSMCấu trúc bản tin của BSSAP: Hình 2.5 mô tả cấu trúc chung của các bản tin BSSAP. Toàn bộ bản tin BSSAPgắn vào trong một bản tin SCCP. 8 hoặc 16 bit đầu tiên của BSSAP để phân biệt giữaBSSMAP và DTAP. Phần đầu của DTAP dài 2 byte và bao gồm tham số phân biệt bảntin (01 = DTAP) và nhận dạng kết nối liên kết dữ liệu (DLCI). 3 bit Header của DLCInhận dạng điểm truy cập dịch vụ (SAPI), nó được sử dụng trên giao diện Air (SAPI = 0cho RR, MM và CC; SAPI = 3 cho SMS và SS). Hình 2.5: Định dạng bản tin BSSAP Phần Header của BSSMAP chỉ 1 byte và bao gồm chỉ là tham số nhận dạng bảntin (00 = BSSMAP). Trong BSSMAP không có octet DLCI. 8 bit chỉ thị độ dài cho biếtchiều dài của trường dữ liệu, theo sau header trong cả hai trường hợp BSSMAP vàDTAP. Hình 2.6 thể hiện cấu trúc bên trong của bản tin BSSMAP. Hình 2.6: Cấu trúc bên trong của các bản tin BSSMAP 33
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSM Trên thực tế các tham số theo sau kiểu bản tin MT là tuỳ ý, mổi tham số luôn baogồm trường nhận dạng yếu tố thông tin IEI, trường chỉ thị độ dài, trường dữ liệu. Một sốbản tin của BSSMAP: HND_RQD, HND_REQ, HND_RQD_ACK, HND_REQ_ACK,HND_CMD, HND_CMP, HND_FAIL, HND_DET, CLR_CMD, CLR_REQ,CLR_CMP ...vv.Giải mã bản tin BSSMAP: Hình 2.7 thể hiện bản tin CLR_CMD ở cả hệ hex và dạng đả giải mã. Nhữngtham số này là 2 yếu tố thông tin: Thông tin Header lớp 3 và cause (lý do): Hình 2.7: Giải mã bản tin CLR_CMD  Phần thông tin Header của lớp 3 bao gồm phân biệt giao thức PD và nhận dạng sự giao dịch TI chúng có ý nghĩa là để sử dụng trên giao diện Air.  Phần 2 Cause (lý do của bản tin) nhận biết lý do tại sao tài nguyên vô tuyến riêng sẻ được giải phóng. Thông thường giá trị là 09 đại diện cho CC, chỉ ra rằng CC yêu cầu giải phóng kết nối khi cuộc gọi kết thúc và 0B chỉ ra rằng chuyển giao thành công.2.1.2 Giao diện Abis Giao diện Abis kết nối BTS với BSC. Giao diện là phần cố định của mạng vàgiao tiếp thông qua bởi cáp thông thường. Điển hình là một liên kết PSM 30 (cũng nhưISDN 30) được sử dụng với 32 kênh mỗi kênh 64kbps, cung cấp băng thông 2Mbps.Công nghệ nén cho phép GSM sử dụng các gói lên tới 8 kênh lưu lượng trên một kênhđơn 64kbps. Điều này cho phép tới 10 TRXs trong BTS, nhưng một đặc thù cài đặt là 34
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSMmột BTS có 1 đến 4 TRXs. Khi sử dụng 2 liên kết ISDN 30, tối đa 16 TRXs có thểđược cài đặt trên một BTS. Theo mô hình tham chiếu chuẩn OSI thì giao diện Abis sẻđược chia thành 3 lớp hình 2.8:Lớp 1 của giao diện Abis là kênh D của đường liên kết ISDN 30. ISDN 30 bao gồm 30kênh B cho lưu lượng (mổi kênh 64 kbps) và một kênh D cho báo hiệu. Hình 2.8: Ngăn xếp giao thức của giao diện AbisLớp 2 Giao thức trên kênh D mạng ISDN được GSM sử dụng giao thức LAPD cho báohiệu trên giao diện Abis. Các nguyên tắc chung được quy định trong Q.920 (I.440) vàcác thủ tục được quy định trong Q.921 (I.441). Mục đích của các giao thức LAPD là tạora cơ chế truyền số liệu với khả năng đảm bảo không lỗi. Hình 2.9a và hình 2.9b là địnhdạng của khung LAPD kiêu 8 và 128.  Trường FLAG: 8 bit đầu tiên và cuối cùng của mỗi khung LAPD là trường cờ, cờ mở và cờ đóng. Đặc điểm đầu tiên của trường này là luôn được đặt giá trị bằng 01111110 (7EH).  Trường ADDRESS: Tiếp theo cờ mở là trường địa chỉ có độ dài 2 byte. Trường này chứa nhận dạng điểm truy cập dịch vụ SAPI và nhận dạng điểm kết cuối thiết bị TEI. Ở đây mỗi TEI tương đương với một TRX trong BTS.  Trường CONTROL: Có 3 kiểu khung được định nghĩa trong LAPD. Trường điều khiển có nhiệm vụ thông báo cho thiết bị thu về kiểu thông tin đang được phát trong khung. Trường này cũng có hệ thống đánh số khung phát và thu tiếp theo (NS và NR). Độ dài của trường phụ thuộc kiểu LAPD. LAPD module 8 trường này sẻ có độ dài 8 bit, nếu LAPD module 128 trường này có độ dài 16bit.  Trường INFO: Trường thông tin là nơi chứa thông tin lớp 3. Trường này có độ dài thay đổi phụ thuộc vào dữ liệu.  Trường FCS: 2 byte cuối cùng ngay trước trường cờ kết thúc một khung LAPD là trường dãy kiểm tra khung. 35
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSM Hình 2.9a. Định dạng khung LAPD module 128 Có hai kiểu LAPD được sử dụng trong mạng GSM. LAPD Module 8 thì trườngđiều khiển chỉ có 8 bít trong đó 3 bit để biểu diển cho mổi N(R) hoặc N(S), còn LAPDmodule 128 thì trường điều khiển dài 16 bit và 7 bit dành cho mổi N(R) và N(S). 36
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSM Hình 2.9b : Định dạng khung LAPD module 8Trường FLAG Tất cả các khung LAPD bắt đầu và kết thúc bằng trường FLAG, trường này luônđược đặt bằng 01111110 hay 7E16, mục đích đồng bộ là chỉ thị vị trí bắt đầu và kết thúcmột khung. Vì số liệu trong trường thông tin có thể thay đổi chứa mẫu cờ 01111110 nênmột bit 0 được chèn vào 5 bit 1 liên tiếp, chỉ có cờ này không được chèn để tránh việcnhầm lẩn đáng tiếc. Bên thu tìm cờ, toàn bộ số liệu không phải là mẫu cờ sẽ được đưaqua bộ xoá bit 0 để khôi phục lại chuổi dữ liệu ban đầu.Trường ADDRESS Trường này có độ dài 2 octet và chứa các tham số: SAPI, TEI, C/R và EA. 37
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSMNhận dạng điểm truy cập SAPI BSC phải có khả năng đánh địa chỉ cho mỗi TRX riêng (hình 2.11). Hình 2.11. Kết nối liên kết dữ liệu trên kênh D Đánh địa chỉ trong LAPD được thực hiện trong 2 byte của trường địa chỉ. Địa chỉđược chia làm hai phần SAPI và TEI kết hợp với nhau để định hướng khung đi đếnđiểm kết nối logic chính xác. 6 bit nhận dạng điểm truy cập dịch vụ SAPI. Chức năng của SAPI tương tự nhưchức năng của hệ thống con SSN với SCCP. SAPI được dùng để định hướng thông tintrong khung LAPD đến phần thực thể logic chính xác. Một phần thực thể logic có thểđược xem như là một khối phần mềm điều khiển một tập hợp các chức năng. Ví dụ vềcác chức năng là khởi tạo cuộc gọi, trả lời cuộc gọi, kết thúc cuộc gọi .... Tất cả các bảntin liên quan đến điều khiển cuộc gọi của các mạch đã định phải có cùng một SAPI nênđịnh hướng bản tin đến thực thể logic chính xác.GSM sử dụng 3 giá trị của SAPI tronggiao diện Abis cho dưới hình 2.12. SAPI cũng chỉ ra ưu tiên di chuyển của một bản tin.Giá trị SAPI_62 và SAPI_63 có được sự ưu tiên cao hơn là SAPI_0. Hình 2.12. Các giá trị SAPI 38
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSMBít lệnh/đáp ứng C/R : Bit C/R (lệnh/đáp ứng) chỉ ra khung là khung điều khiển hay đáp ứng. Bít này sẻcho biết một bản tin là lệnh, trả lời hay xác nhận của một lệnh. Khung lệnh do BSC gửiđến BTS và khung đáp ứng do BTS gửi đến BSC có C/R = 1, ngược lại khung lệnh doBTS gửi đến BSC và khung đáp ứng do BSC gửi đến BTS có C/R = 0 (hình 2.13). Hình 2.13 : Bit C/R với lệnh và đáp ứngNhận dạng thiết bị đầu cuối TEI : 7 bit TEI được dùng để phân biệt giữa các TRX. Một TEI được gán cho mỗiTRX cung cấp khả năng phân biệt giữa các TRX trong khi phân tích một file xác định.Do có 7 bit nên tổng đài có thể phuc vụ 127 thiết bị.Các bít trường địa chỉ mỡ rộng : Trường địa chỉ gồm mỗi bit EA cho mỗi octet. Bit EA của octet thứ nhất đượcđặt bằng 0,nó chỉ ra rằng octet theo sau nó chính là một octet của trường địa chỉ và EAcủa trường thứ 2 được đặt bằng 1 nó chỉ rằng đó là octet cuối cùng của trường địa chỉ.Trường điều khiển Chiều dài của trường điều khiển phụ thuộc vào kiểu khung. 8 hoặc 16 bit. Nó baogồm các thông tin sau:Bit đầu Polling (P), bit cuối Final (F) và bit P/F: Thay cho các kiểu khung mà có thể được dùng chỉ là lệnh tương ứng với bit Phay chỉ là đáp ứng tương ứng với bit F hay bit P/F là cho cả hai. Thông tin bit P nhậnmột bản tin lệnh mà bên gữi mong chờ một câu trả lời, còn nếu kiểu bản tin thôngthường không muốn yêu cầu một xác nhận. Trên thực tế bit Polling trên giao diện Abisđược dùng chỉ khi BSC và BTS ở trong trạng thái rỗi và cần kiểm tra kết nối định (ví dụtrao đổi của khung RR). Khi khung lệnh được nhận thì bit P được đặt bằng 1, khung trả lời cần được quaytrở lại bit F được đặt lên 1. LAPD cho phép xác nhận của khung I khi này bit P được đặt 39
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSMbằng 0 với cả khung I và khung S. Tuy nhiên khung I, nơi bit P được đặt bằng 1 thì cóđược xác nhận cùng lúc với khung S. Bit P của khung UI luôn đặt bằng 0. Mà tại saokhung một khung UI mặc dù lệnh theo định nghĩa lại không được yêu cầu một xác nhận.Số tiếp theo gữi N(S) và số tiếp theo nhận N(R): N(S) và N(R) phục vụ mục đích của sự thừa nhận việc trao đổi và nhận củakhung I. Cách thức đếm có thể là module 8 hay module 128. Trong trường hợp module8, 3 bit sẻ được sử dụng cho bộ đếm, tính đến giá trị của các số khung giữa 0 và 7. 7 bitsẻ được sử dụng cho bộ đếm trong trường hợp module 128, tính đến các giá trị giữa 0 và127. Trên giao diện Air (LAPDm) chỉ module 8 được sử dụng. Khi một phía (BSC hoặcBTS) gửi một khung I, bộ đếm N(S) bên gửi sẻ tăng lên 1. Nó thể hiện rằng giá trị N(S)trong khung I vừa mới gửi vẩn có giá trị cũ, giá trị chỉ tăng lên sau khung đả gửi. Khi khung I đến nơi nhận nó sẻ được kiểm tra để thấy nếu như giá trị nhận đượccủa N(S) và N(R) phù hợp với những giá trị nhận được đả được lưu trước đó. Giá trịN(S) cho khung I được nhận để phù hợp với giá trị thực tế của N(R) bên nhận. Nếukhung cũng không có lỗi (FCS), bên nhận tăng giá trị của N(R) và gửi giá trị mới trongkhung RR trở lại cho bên gửi. Phía bên gửi mong chờ xác nhận trong một khung thờigian được ghi rỏ. Nếu mà chu kỳ thời gian kết thúc không có xác nhận, khung I sẻ gửilại. Chú ý rằng theo quy định Q920 và Q.921, sự xác nhận không phải mang bởi khunggiám sát S nhưng cũng có thể mang bởi khung I. Bởi thế sự gửi một khung RR khôngcần thiết nếu như bên nhận cũng đả gửi một khung I. Tuy nhiên GSM không tạo ra cáchdùng của sự lựa chọn ấy. Tất cả các khung I đều được xác nhận với một khung RR. Chotới khi sự xác nhận đả được nhận, bên gửi cất khung I vào bộ đệm. Ví dụ dưới sẻ minhhoạ điều này.Chức năng của N(S) và N(R): BTS gửi một khung I và tăng bộ đếm N(S) của nó. BSC nhận khung I và tăng bộđếm N(R) và gửi một khung RR với một giá trị của N(R) trở lại cho BTS. BTS khôngcần duy trì đệm khung I sau khi nó nhận xác nhận từ BSC. Tiếp theo BSC gửi một khung I tới cho BTS và tăng bộ đếm N(S) của nó lên 1.Một lần nữa chỉ ra rằng giá trị của N(S) và N(R) trong khung I được truyền tương ứngngược lại tới một khung được lưu trong BTS. Khi BTS kiểm tra tính chắc chắn củathông tin và nếu mọi thứ đều đúng, bộ đếm N(R) của nó được tăng và gửi đáp ứng lạiBSC với một khung RR và một giá trị mới của N(R). Thủ tục này được thể hiện tronghình 2.14. 40
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSM Hình 2.14: Chức năng của N(R) và N(S) Khung RR cần được trao đổi giữa BSC và BTS trong khoảng thời gian nào đó vìthế được gọi là trường hợp rổi, khi không có dữ liệu được truyền, giá trị của N(R) vàN(S) không thay đổi trong quá trình đó, cái mà được gọi là phần đầu.Tuy nhiên chúngphải tưng ứng với chiều ngược lại tới mỗi cái khác.Kiểu khung:Có 3 kiểu của trường điều khiển khung LAPD (hình 2.9) như sau: - Khung thông tin (I): các khung này có thể so sánh được với đơn vị tín hiệu bản tin MSU của SS7. Khung này được sử dụng để truyền các bản tin Q.931 (lớp 3 bản tin lớp mạng) hoặc X.25 trên kênh D. Chỉ duy nhất khung này sử dụng trường NS và NR. NS là số thứ tự của khung đang truyền, còn NR là số thứ tự của khung chờ đợi tiếp theo. Nhờ cơ chế này mà TE và LT giám sát được các khung bị mất. - Các khung giám sát (S) : Điều khiển việc trao đổi các khung I. Nó được dùng để xác nhận các khung I, thông tin điều khiển truyền, yêu cầu truyền lại các khung I bị mất trên cơ sở NS và NR. Có 3 kiểu khung S được xác định bằn các bít S. Khung này không có trường thông tin và có thể so sánh với những đơn vị trạng thái liên kết (LSSU) của SS7. - Khung không được đánh số U : Có 7 loại khung U, các khung U được dùng để thiết lập và giải phóng các kết nối logic, xác định các tham số liên kết số liệu và chỉ thị các lỗi không thể sữa chữa sau khi truyền lại. NS và NR không được dùng ở khung này. Bít M đung để xác định kiểu khung U. Chỉ khung UI duy nhất trong nhóm các khung U là có trường thông tin, mang bản tin lớp mạng. Khung UI có TEI =127 mang thông tin quảng bá tới tất cả các TE trên đường DSL. 41
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSM Hình 2.15: Các kiểu khung của LAPD Hình 2.15 là toàn bộ các khung của LAPD các giá trị ở hệ 16 đi kèm để nhậndạng khung. Ở khoá luận này chúng ta chỉ quan tâm tới hai khung có liên quan tới quátrình chuyển giao là khung UA và khung SABME. Dưới đây ta sẻ đi tìm hiểu chi tiết haikhung này. Hình 2.16: Dữ liệu chứa hệ 16 chứa trong khung LAPD chỉ thị khungKhung SABME: Khung này được truyền để yêu cầu một kết nối lớp 2. Hình 2.17: Trường điều khiển của khung SABME 42
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSMKhung UA : Khung UA được sử dụng để trả lời khung SABME hoặc khung DISC. Nóxác nhận một kết nối lớp 2 tồn tại đả được thiết lập. Hình 2.18: Trường điều khiển của khung UATrường kiểm tra tổng (FSC): Trường liên tục kiểm tra khung FSC được sử dung cho việc dò tìm lổi. Kiểm tratổng sẻ được tính toán, sử dụng dữ liệu giữa cờ bắt đầu và trường FSC. Kết quả gửitrong trường FSC. Quá trình hoạt động tương tự được thực hiện tại đầu nhận và giá trịcủa các FSC tương ứng được so sánh. Bên nhận sẻ yêu cầu truyền lại nếu như việc tínhtoán FSC không phù hợp với cái nhận được. Hình 2.19: Liên tục kiểm tra khungLớp 3 chia thành 4 lớp con: quản lý TRX (TRX Management), quản lý kênh chung(CCM), quản lý liên kết vô tuyến (RLM) và quản lý kênh chuyên dụng (DCM). Lớp conTRXM được sử dụng để chiếm lấy các TRX vào trong và ngoài của dịch vụ và điềukhiển các trạng thái của chúng. CCM được sử dụng cho bản tin quảng bá cho sự tồn tạicủa cell, ví dụ như một MS (mạng cố gắng để kết nối tới MS, khi nó được gọi hoặc mộtbản tin SMS được nhận), SMS quảng bá, và thông tin về cell. RLM là cho điều khiểnlớp 2 của liên kết vô tuyến giữa MS và BTS. Điều này bao gồm thiết lập và giải phóngkế nối. DCM được sử dụng cho điều khiển lớp 1 của giao diện Air như việc chuyểngiao, đo lường, phân/lấy lại kênh và cài đặt mã hoá. RLM và DCM chỉ được sử dụngcho hoạt động liên kết trên giao diện Air, nơi đó không giao tiếp trên chúng trong chếđộ rỗi. Hình 2.8 thể hiện ngăn xếp giao thức của giao diện Abis.Phần trên cùng của lớp 3, dữ liệu tải trọng được chuyên chở. Giao diện Abis được sửdụng hầu hết cho sự trao đổi của các bản tin RM, CC, và MM được miêu tả trong phầngiao diện Air. Giao diện Abis nói rỏ chi tiết hơn trong chương sau.2.1.3 Giao diện Air/Um Giao diện không khí là giao diện vô tuyến giữa MS và BTS. Giao diện này đượcso sánh khác nhiều với các giao diện khác, bởi vì giao tiếp vô tuyến là giao diện mở rấtnhạy cảm với sự xâm nhập từ ngoài hơn là với cable, nhưng đổi lại được băng thông 43
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSMlớn. Giao thức lớp 2 trên giao diện Um được gọi là LAPDm (LAPD mobile). Đây là mộtcải tiến của LAPD. Sự khác nhau giữa LAPD và LAPDm là chổ phát hiện và sữa lỗi ởUm được thực hiện ở chức năng lớp 1. Một điểm khác nhau nữa là các khung LAPD cóthể dài hơn nhiều so với các bản tin của LAPDm vì khung của LAPDm phải hiệu chỉnhđể đặt vừa các cụm (burst). Hình 2.20: Các lớp giao thức của giao diện AirLớp 1: Lớp vật lý Lớp thấp nhất của giao diện vô tuyến cung cấp các chức năng cần thiết để truyềncác luồng bit trên các kênh vật lý ở môi trường vô tuyến, bao gồm các phần tử đượcđịnh nghĩa cho truyền dẫn trên kênh vô tuyến như: tần số, khe thời gian, nhảy tần. Ởgiao diện này các bản tin được gửi đi liên quan đến ấn định các kênh vật lý (thâm nhậpngẫu nhiên) cũng như các thông tin hệ thống vật lý như các kết quả đo kiểm. Lớp này cócác chức năng như: • Mã hoá kênh để sửa lổi FEC • Mã hoá kênh để phát hiện lỗi • Sắp xếp các kênh lô gic lên các kênh vật lý • Mật mã hoá • Chon ô ở chế độ rỗi • Thiết lập các kênh vật lý riêng • Đo cường độ trường của các kênh riêng và cường độ trường của trạm BTS xung quanh • Thiết lập định trước thời gian và công suất theo sự điều khiển của mạng Cũng như dữ liệu người dùng các bản tin báo hiệu được truyền qua giao diệnAbis giữa BTS với BSC, giao diện A giữa BSC với MSC trên đường dây số với tốc độdữ liệu 2048Kbps(1544Kbps ở USA) hay 64Kbps (ITU G703, G704, G732). Giao diện với lớp 3, đây là một giao diện trực tiếp, RR thông qua những bản tingiao thức nguyên thuỷ MPH (là những bản tin giữa những giao thức trong một điểm báo 44
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSMhiệu được thông qua những yếu tố giao diện được tiêu chuẩn hoá như là bản tin request,respose thông qua thông tin từ giao thức lớp cao tới giao thức lớp thấp và indications,confirmation thông qua thông tin trong hướng đối diện ), những thay đổi bên lớp RRliên quan tới chức năng như gán kênh và kết quả đo kiểm tra kênh, việc đo ở đây là dolớp 1 đảm nhiệm đo chất lượng báo hiệu của kênh BCCH các trạm BTS lân cận và chấtlượng báo hiệu của chính BTS đang phục vụ. Thông tin đo lường được đưa tới lớp 3trong cơ sở dịch vụ đo lường lớp 3. Trong chế độ rổi, lớp 1 lựa chọn Cell (BTS) với chất lượng báo hiệu tốt nhất hoạtđộng cùng cơ sở lớp con RR trên dịch vụ của BCCH/CCCH.Thủ tục báo hiệu điểm - điểm GSM định nghĩa và phân biệt hai kiểu vận hành của một trạm di động: kiểu rổivà kiều dò tìm (hình 2.21). Ở kiểu rỗi trạm di động có thể tắt nguồn (trạng thái NULL) hoặc dò tìm đoBCCH với chất lượng tốt nhất (trạng thái SEARCHING BCH) hoặc đồng bộ hoá BCCHcủa trạm cơ sở đặc biệt và sẵn sàng để thực hiện thủ tục truy cập ngẫu nhiên trên RACHđể yêu cầu kênh dò tìm BCH trạng thái. Hình 2.21: Sơ đồ trạng thái lớp vật lý của trạm di động TUNING DCH trạng thái của kiểu dò tìm, trạm di động thực hiện kênh vật lý vàcố gắng đồng bộ nó với kết quả cuối cùng truyền tới DCH trạng thái. Ở trạng thái này,MS sẵn sàng để thiết lập kênh logic và chuyển mạch chúng, Trạng thái truyền của lớp 1được điều khiển bởi cơ sở dịch vụ MPH của giao diện RR. Giao diện với lớp 2 (lớp liên kết dữ liệu) thông qua các hàm PH nguyên thuỷ. Vàgiao diện với các khối chức năng khác trong MS và trong mạng qua kênh TCHs. 45
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSM Hình 2.22: Giao diện của lớp vật lý với các lớp trên Điểm truy cập dịch vụ (SAP: Service Access Point) của lớp này được định nghĩanhư là các cổng (Gates) truyền thông mà qua đó lớp này cung cấp dịch vụ cho lớp caohơn (lớp 2). Tồn tại các cổng khác nhau cho các bản tin ngắn và cho các bản tin của lớpđường truyền. Trong GSM, SAP được định nghĩa giữa lớp vật lý và lớp liên kết giữ liệucho các kênh BCCH, PCH+AGCH, RACH, SDCCH, SACCH và FACCH. SAP đượcđiều khiển bởi lớp con RR của lớp 3 (lớp quản lý, thiết lập và giải phóng kênh), xa hơnbởi thủ tục điều khiển trong lớp liên kết. Điều khiển SAP lớp 1 bởi RR bao gồm: hoạtđộng, không hoạt động, cấu hình, định tuyến, không kết nối của lớp vật lý và kênhlogic. Lớp 1 định nghĩa cấu trúc khung riêng cho truyền dẫn của bản tin báo hiệu thựchiện như khung LAPDm tại SAP của kênh logic tương ứng hình 3.23. Hình 2.23: Cấu trúc khung dử liệu LAPDm Khung RACH chứa đựng một loại tiêu đề giao thức mang mức công suất nguồnvà giá trị tăng thời gian định thời. Tiêu để này bị bỏ sót trong kênh logic khác (FACCH,SDCCH, CCCH, BCCH) và chứa LAPDm PDU. 46
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSMLớp 2: lớp liên kết dữ liệu Mục đích chính của giao thức lớp 2 là cung cấp kết nối liên kết tới tổng đài báohiệu giữa MS, BTS, MSC, VLR, HLR, và mạng SSN07. Trong GSM, có 3 kiểu giaothức lớp 2 được sử dụng như trong hình 1 đó là: LAPDm(giao thức truy cập cho kênhbáo hiệu) trên giao diện Um, LAPD trên giao diện A-bis và MTP-2 cho các giao diệnA,B,C,D của kênh báo hiệu. LAPDm được xây dựng trên cơ sở giao thức LAPD của ISDN. Tuy nhiên có mộtvài thay đổi cho phù hợp với môi trường truyền dẫn vô tuyến và để đạt được hiệu suấtcao hơn trong việc tiết kiêm phổ tần. Không sử dụng các bit kiểm tra tổng vì mã hoákênh ở lớp 1 đã thực hiện chức năng này. Do vậy sự hoạt động của lớp này là hoàn toànđược đồng bộ. Một số khung điều khiển khác như SABM và UA có thể mang thông tinlớp 3 nhờ vậy tiết kiệm thời gian và phổ. Thủ tục này được gọi là Pigg-Backing (cõngnhau). Các bản tin LAPD có thể dài tới 249 byte vì thế chúng được phân đoạn cho phùhợp với cấu trúc Bust.Chức năng chi tiết của lớp 2 LAPDm được cho như sau: • Thiết lập và giải phóng kết nối báo hiệu của lớp 2 • Hợp kênh và phân kênh của một vài kết nối báo hiệu lớp 2 trên một kênh điều khiển chuyên biệt và phân biệt rõ giữa chúng bởi bao gồm sự khác nhau của SAPI (Service Access Point Identifiers). • Ánh xạ của dịch vụ khối dữ liệu báo hiệu lớp 2 trên giao thức khối dữ liệu. • Sự đánh số của giao thức khối dữ liệu modul 8 để bảo trì thứ tự liên tục • Tìm kiếm và sữa lỗi • Điều khiển luồng Sự thiết lập và giải phóng của kết nối lớp 2 trùng với sự định xứ, giải phóng vàthay đổi của kênh vô tuyến chuyên biệt. Kết nối báo hiệu lớp 2 thường xuyên được thiếtlập và giải phóng chính vì thế mà thời gian tồn tại của một kết nối là ngắn. LAPDm làgiao thức liên kết dữ liệu cho kênh báo hiệu tại giao diện không khí. Nó tương tự HDLDvà cung cấp 2 kiểu vận hành (hoạt động): • Vận hành không nhận biết (không xác nhận) • Vận hành nhận biết (xác nhận) Cả hai kiểu đều được sử dụng trên kênh DCCH còn kênh CCCHs thì chỉ hoạtđộng không nhận biết là được dùng. 47
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSM Vận hành không xác nhận, dữ liệu được truyền trong khung UI không có sự xácnhận, đây là điều khiển không hướng hay sữa lỗi đúng L2. Kiểu vận hành này khôngcho phép tất cả các kênh báo hiệu, ngoại trừ RACH được truy cập trong kiêu truy cậpkhông dành riêng hay bảo vệ. Việc truyền một bản tin không xác nhận sử dụng dịch vụcủa lớp 3 hàm ý cho việc truyền thông tin là không nhận biết bởi lớp liên kết dữ liệu(lớp 2), vì vậy kiểm tra lổi là không cần thiết phải cung cấp. Truyền và nhận bản tin ởđây sử dụng dịch vụ nguyên thuỷ của liên kết dữ liệu đó là: DL_DATA_REQUEST vàDL_DATA_INDICATION. Kiểu dịch vụ không xác nhận cung cấp dịch vụ bảo vệ. Dữ liệu được truyềntrong khung I với xác nhận dương. Bảo vệ lỗi thông qua truyền ARQ và điều khiển địnhhướng là đặc biệt và tích cực trong kiểu này. Dịch vụ này được cung cấp tới lớp mạngbởi chế độ hoạt động đa khung. Khối bản tin nhận hoặc truyền sẻ lại được thay đổi mộtlần nữa giữa lớp 2 và lớp 3 bằng giá trị trung bình nguyên thuỷ DL_DATA_REQUESTvà DL_DATA_INDICATION. Trong LAPDm, các điểm kết nối (CEP: Connection End Poit) của kết nối L2được dán nhãn với nhận dạng kết nối liên kết dữ liệu (DLCI: Data Link ConnectionIdentifier) bao gồm các phần tử: - Nhận dạng điểm truy cập dịch vụ lớp 2 (SAPI: Service Access Point Identifer) được truyền trong tiêu đề của khung giao thức L2. - Nhận dạng kênh vật lý được kết nối tại lớp 2 hoặc được thiết lập là nhận dạng điểm cuối kết nối (CEPI: Connection End Point Identifer) lớp 2. CEPI được quản lý và không kết nối tới mổi lớp 2. Khi một bản tin lớp 3 được truyền, bên gửi chọn lựa SAP và CEP thích hợp. Khiđơn vị dữ liệu dịch vụ (SDU: Service Data Uinit) được chuyển giao tại SAP, lựa chọnCEP được gửi tới lớp 2 lớp 2 CEPI tưng thích có thể được xác nhận từ nhận dạng kệnhvật lý / logic và SAPI trong tiêu đề của khung. Hình 2.24: Cấu hình mẫu của lớp liên kết dữ liệu MS 48
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSMGiá trị SAPI đặc biệt được lưu trữ cho hai chức năng sau:SAPI = 0 cho báo hiệu (CM, MM, RR)SAPI = 3 cho SMS Giá trị SAPI phục vụ bản tin báo hiệu riêng từ định hướng gói dữ liệu ngườidùng (bản tin SMS). Giá trị một SPAI mới cần thiết các chức năng có thể định nghĩađược, giải thích trong cho chuẩn GSM trong tương lai. Hình 2.25: Các kênh logic, kiểu vận hành và SAPI lớp 2 Một LAPDm được thiết lập mỗi kênh vật lý / logic thích hợp. Kênh / SAPI kếthợp duy nhất thiết lập con của giao thức LAPDm được cần như vận hành không xácnhận. Việc phân đoạn khung LAPD để có khung LAPDm là thích hợp với một khối vậtlý dài 23 octets. LAPDm cho phép thủ tục liên kết dữ liệu như chức năng của lớp 2truyền thông điểm - điểm tương tự cơ sở dịch vụ giữa lớp liền kề. Mặt khác thủ tục lớp2 là thủ tục phân biệt (Distribution Procedure) và thủ tục truy cập ngẫu nhiên (RA:Random Access). Thủ tục phân biệt cần thiết nếu nhiều SAP liên kết với kênh vật lý /logic. Nó cho phép phân biệt các khung lớp 2 nhận được trên một kênh truy cập ngẫunhiên RACH. Nó giải quyết truyền lại điều khiển ngẫu nhiên của bus truy cập ngẫunhiện. Nhưng nó cho phép bảo vệ lỗi trên RACH theo một phương duy nhất. 49
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSM Hình 2.26: Các kiểu định dạng khung LAPDm Hình 2.26 là các kiểu định dạng khác nhau của khung dữ liệu giao thức sử dụngcho truyền thông điểm - điểm lớp 2 giữa MS và BTS. Định dạng khung A và khung Bđược sử dụng trên kênh SACCH, FACCH, SDCCH phụ thuộc vào nơi khung thông tincó trường kiểu B hoặc không phải kiểu A, ở đây khung A không có trường thông tin.Định dạng khung B sử dụng trên CCCHs nó có trường thông tin. Trái với HDLC, LAPDm không có cờ chỉ thị bắt đầu hay kết thúc một khung. Sốlớn nhất của octet N201 trên trường thông tin phụ thuộc vào kiểu kênh logic. Kết thúccủa trường thông tin cho bởi đọ dài một giá trị N201 it hơn quy định, khung đó phải bổsung với các bit làm đầy để đủ chiều dài khung. Trong trường hợp một kênh SACCH, vídụ ở đây là tiện ích một gói LAPDm chiều dài cố định là 21 octet. Bao gồm trường chođiều khiển công suất truyền và tăng định thời, một khối SẠCCH lớp 1 dài 23 octets.Trường địa chỉ có thể có độ dài thay đổi, tuy nhiên sử dụng cho kênh điều khiển nó gồmmột octet (hình 2.27). 50
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSM Hình 2.27: Đinh dạng và kiểu khung LAPDmTrường địa chỉ: Bit 1 là bit mở rông EA được đặt bằng ‘1’. Trong tương lai nó có thể sử dụng bit‘0’ cho dung lượng địa chỉ nhiều octet. Bit 2 bit C/R (Command/Response) cờ lệnh/ trảlời. MS sẻ gửi một lệnh với bit C/R là ‘0’ còn BTS trả lời với bit C/R là ‘1’. Ba bit SAPIxác định tiến trình mức 3 nếu sử dụng 3 bit zero “000”. SAPI là “011” thì xác định vàtrình diễn truyền của bản tin SMS. Hai bit LPD (Link Protocol Discriminator) được sửdụng để xác định một khuyến nghị đặc biệt của LAPDm được sử dụng, ở trường hợpnày LPD = 00. LPD = 01 được sử dụng cho giao thức liên kết dữ liệu cho SMSCB. Bít 8dành riêng cho tương lai. 51
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSMTrường điều khiển: Trường điều khiển Control sử dụng cho điều khiển thông tin như: kiểu khung, sựsắp xếp của khung và sự nhận biết khung. Trong LAPDm, mã hoá của trường điềukhiển với số thứ tự gửi và nhận mô tả biểu đồ trạng thái thủ tục giao thức hoặc nét riêngliên quan tới HDLC. Chi tiết trường điều khiển được thể hiện trong hình 2.27. Trường này mang theo một dãy số và xác định kiểu của khung, không có C/R.Đối với khung I thì bao gồm cả hai bộ đếm N(R) và N(S) còn đối với khung giám sat Sthì chỉ có bộ đếm N(R). Kiểu định dạng của trường điều khiển: - Truyền thông tin không đánh số (định dạng khung I). Định dạng khung I là được sử dụng để thực thi và truyền thông tin giữa thực thể lớp 3. Mỗi khung I có một số thứ tự gửi N(R). - Chức năng giám sát (khung S). Định dạng khung S là cho chức năng điều khiển giám sát liên kết dữ liệu như nhận biết khung I. - Truyền thông tin không đánh số và chức năng điều khiển (khung U). Định dạng khung U được sử dụng để cung cấp chức năng điều khiển liên kết dữ liệu và không xác nhận thông tin truyền.Trường chỉ thi độ dài: Trường chỉ thị độ dài xác định dộ dài khung, nó quản lý việc nhồi bit. Một vàithông số bổ sung được yêu cầu tại giao diện dịch vụ lớp 3. Chi tiết trường chỉ thị độ dàithể hiện trong hình 2.27. Bit mở rộng EL bit này luôn được đặt bằng “1”. Tương lai có thể sử dụng bit 0để chỉ dẫn một độ dài nhiều octet. Bit 1 bit M sử dụng để chỉ báo khi thêm dữ liệu. Khibit này được dật bằng 0 có nghĩa là không có khung nào được thêm vào tiếp theo. Vàngược lại khung trình diện là khung trước của dữ liệu. 6 bit còn lại chỉ thị độ dài thực tếcủa trường thông tin. Giá trị mảng là từ 0 đến N201.Trường thông tin: Cả 3 định dạng khung của trường thông tin mang dữ liệu báo hiệu chiều dài củatrường phụ thuộc thông tin trong đó. Giới hạn chiều dài cuả trường là N201 = 23 octet.Sự khác nhau giữa LAPD và LAPDm: Dưới đây là các đặc điểm khác nhau giữa LAPD và LADPm:  Khung LAPDm chỉ tồn tại định dạng module 8. Do đó trường điều khiển của nó luôn có chiều dài là 1 octet. N(S) và N(R) trong mảng từ 0 tới 7. 52
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSM  Trường địa chỉ của LAPDm chỉ dài 1 octet và không bao gồm TEI. Lý do là khi một kênh được ấn định rồi, kết nối trong giao diện Air luôn luôn là kết nối điểm - điểm. Ví dụ một vài người dùng có thể sử dụng đồng thời cùng lúc. Trên giao diện này không tồn tại kiểu kết nối điểm – đa điểm nên không có TEI như trong LAPD.  Khung LAPDm không tồn tại FCS, bởi vì việc mã kênh và ghép xen của lớp 1 đả đảm bảo việc bảo mật rồi.  Khung LAPDm không có trương flag để nhận dạng điểm bắt đầu và kết thúc của một khung. Chức năng đó được cung cấp trên giao diện Air bởi lớp 1, đặc biệt bởi từng đoạn burst.  Khác với LAPD, khung SABME và UA của LAPDm có thể ngang hàng với dữ liệu lớp 3. Thời gian tiết kiệm đó trong khi cài đặt kết nối.  Chiều dài giới hạn của LAPD và LAPDm là khác nhau. Trong khi LAPD có thể truyền tới 260 octet thông tin báo hiệu, thì LAPDm chỉ có thể là 23 octet. Nếu tổng số chiều dài của dữ liệu cần được truyền vượt quá 23 octet, thì sự phân đoạn dữ liệu để truyền sẻ được áp dụng.  Khung LAPDm không báo gồm trường chỉ thị độ dài (lớp 2).  Trong LAPD, không chiếm hết trong các octet được dùng khi vùng dữ liệu không hoàn chỉnh với dữ liệu báo hiệu. Các kiểu khung của LAPDm cũng tương tự như các kiểu khung của LAPD.Lớp 3Phân biệt giao thức (PD): Bộ phân biệt giao thức dài 4 bit được sử dụng trên giao diện Air để phân biệt tấtcả bản tin trong các nhóm. Hình 2.28a: Giá trị bộ phân biệt giao thức trên giao diện Air Lớp báo hiệu đảm bảo các thủ tục báo hiệu giữa trạm di động và mạng và đượcchia thành 3 lớp con: RR, MM và CM. 53
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSM Hình 2.28b: Định dạng lớp 3 trong giao diện AirQuản lý tài nguyên vô tuyến RR: Giao thức RR này cung cấp các chức năng quản lý điều khiển cho hoạt động củakênh chung và kênh chuyên biệt. Giao thức RIL-RR cung cấp sự thiết lập và giải phóngkết nối vô tuyến giữa MS và BSCs khác nhau cho suốt một cuộc gọi trong khi ngườidùng vẩn di chuyển. Các chức năng được lớp này thực hiện bao gồm:  Thiết lập chế độ mã hoá  Thay đổi kênh dành riêng khi vẩn ở ô cũ như: từ SDCCH đến kênh lưu lượng  Chuyển giao từ một Cell này đến một Cell khác.  Định nghĩa lại tần số (sử dụng cho nhảy tần) Hệ thống cung cấp các bản tin quảng bá, bên trong và bên ngoài Cell về sự thayđổi của kênh và thiết lập chế độ mã hoá. Giao thức RSM cung cấp các chức năng RRgiữa các BTS và BSC. Giao thức DTAP cung cấp bản tin RR giữa MS và MSC. Sự phân biệt giữaDTAP và BSSMAP được cung cấp bởi một bản nhỏ giao thức phân phối.Ở mạng các bản tin của lớp này được đặt trong BSC. Các bản tin này được truyền trongsuốt qua BTS.Quản lý di động MM: Lớp nà chứa các chức năng liên quan đến di động của thuê bao như:  Nhận thực.  Ấn định lại TMSL. 54
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSM  Nhận dạng trạm di động bằng cách yêu cầu IMSI hay IMEI. Hình 2.29a: Định dạng IMSI Hình 2.29b: Định dạng IMEI Trạm di động có thể thực hiện dời mạng IMSI để thông báo rằng không thể đạttới trạm này vì thế các cuộc gọi vào sẽ được mạng chuyển hướng hoặc chặn chứ khôngtìm gọi trạm di động nói trên. Các bản tin tới từ lớp CM được truyền trong suốt bởiMM. CM ở phía phát yêu cầu thiết lập MM và MM lại yêu cầu thiết lập đầu nối RR.Quản lý nối thông CM: Lớp này bao gồm 3 phần tử: • Điều khiển cuộc gọi CC cung cấp các chức năng và thủ tục để điều khiển cuộc gọi ISDN, các chức năng và thủ tục này đã được cải tiến để phù hợp với một trường truyền dẫn vô tuyến. Việc thiết lập lại cuộc gọi hay thay đổi trong qua trình gọi các dịch vụ mạng chẳng hạn thay đổi từ tiến sang số liệu là hai thủ tục đặc biệt mới trong CC. CC cũng chứa các chức năng cho các dịch vụ bổ sung đặc biệt như: báo hiệu giữa những người sử dụng. • Phần tử đảm bảo các dịch vụ bổ sung SS xử lý các dịch vụ bổ sung không liên quan đến cuộc gọi như: chuyển hướng cuộc gọi khi không có trả lời, đợi gọi ... • Phần tử đảm bảo dịch vụ bản tin ngắn SMS cung cấp các giao thức để truyền các bản tin ngắn giữa mạng và một trạm di động. Ngoài các giao thức trên còn có các giao thức khác như MTP3, SCCP, TCAP.TCAP hổ trợ nhiều cho việc giải quyết giữa hai node mạng. TCAP quản lý sự giải quyếttrên một cơ sở kết thúc-kết thúc. Giao thức MAP được sử dụng giữa MSC, VLR, HLR, và AUC bên trong khungcâu hỏi và bản tin trả lời. Giao thức này được thiết kế như MAP/B thông qua MAP/H. 55
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSM2.2 THỦ TỤC TRONG MẠNG GSM Nhiều sự thách thức trong thiết kế của mạng di động được quan tâm với sự diđộng của những MS. Trong phần này chúng ta mang một sự thể hiện thân thiện của mộtvài thủ tục quan trọng nhất chú ý tới tính di động trong mạng. Thủ tục được giới thiệutheo trật tự: mở nguồn Power ON, gán và tách ra IMSI, cập nhật vị trí và chuyển giao.Gíới thiệu về chuyển giao bao gồm nhiều chi tiết hơn những cái còn lại của thủ tục.2.2.1 Bật tắt máy ở trạm di động Khi MS mới bật nguồn nó phải thực hiện đăng ký lần đầu để nhập mạng. Quátrình được thực hiện như sau: • Trước hết trạm MS quét để tìm được tần số đúng ở kênh FCCH (Kênh hiệu chỉnh tần số) • Sau đó tìm đến kênh đồng bộ SCH để nhận được khung TDMA cho đồng bộ. • Cuối cùng nó thực hiện cập nhật vị trí để thông báo cho VLR phụ trách HLR về vị trí của mình. Các cơ sở dữ liệu này sẻ ghi lại LAI hiện thời MS. Giống như ở cập nhật vị trí bình thường thông tin về LAI được MS nhận từ kênh BCCH. Bắt đầu từ lúc MSC/VLR công nhận là MS tích cực và đánh dấu cờ “truy nhậttích cực” vào trường dữ liệu của mình. Cờ này gắn với một số nhận dạng thuê bao:IMSI. Khi tắt nguồn một trạm MS hoặc lấy SIM ra sẻ xảy ra quá trình rời bỏ IMSI. Cáctrao đổi báo hiệu trong trường hợp này được thực hiện như sau: • MS yêu cầu một kênh báo hiệu để phát đi bản tin thông báo cho mạng rằng MS chuẩn bị vào mạng trạng thái không tích cực. Điều này có nghĩa rằng mạng không thể đạt đến MS nữa. • MSC sẽ gửi bản tin IMSI đến VLR, bản tin này không được trả lời công nhận vì MS sẽ không nhận được trả lời này, VLR sẽ thiết lập cờ rời bỏ IMSI và từ chối các cuộc gọi đến trạm MS này. • Thông tin rời bỏ IMSI có thể được lưu giữ tại VLR tuỳ chọn cờ rời, mạng có thể cũng được thiết lập ở HLR và xác nhận được gửi trở lại VLR. 56
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSM2.2.2 Gán và tách IMSI Khi MS tắt, thủ tục tách lấy IMSI phải được thực hiện. Từ điểm nhìn của MS,thủ tục tách lấy IMSI được thực hiện bằng cách gửi một bản tin tách lấy IMSI khôngđược xác nhận tới BSS. Nếu bản tin được nhận, MS bị để ý và không tới được HLR.Khi MS được gọi, lúc đó không cần liên hệ với BTS cũ (từ LA nhận biết trong HLR)chỉ tìm thấy rằng MS không thể tới được. Thủ tục tách lấy IMSI có thể cũng được thựchiện ngầm bởi mạng nếu MS thất bại khi cập nhật định kỳ. Nó không bắt buộc sử dụngthủ tục tách lấy IMSI nhưng hầu hết các bộ điều khiển chọn việc này. Thủ tục cũng cóthể được thực hiện trong hoàn cảnh khác. Một MS phải sử dụng thủ tục này để rời khỏinạng GSM khi tham gia mạng khác. Thủ tục gán IMSI được sử dụng để báo tin cho mạng, rằng MS có thể được sửdụng trở lại. Thực tế báo hiệu chỉ là việc cập nhật vị trí và nó là không thường xuyênđược coi như một thủ tục có thực. Gán IMSI sẻ được trình bày phần dưới.2.2.3 Cập nhật vị trí a. Cập nhật vị trí trong BSS MS thực hiện việc cập nhật vị trí (LU) với một vài nguyên nhân. Cập nhật vị tríxãy ra khi trạm di động đang ở trạng thái rổi nhưng nó di chuyển từ một vùng định vịnày sang vùng định vị khác. Khi này trạm di động phải thông báo cho mang về vị trímới của nó để mạng ghi lại vị trí mới vào VLR hoặc nếu cần thiết vào HLR (khi chuyểnsang vùng phục vụ MSC mới). Thông tin để thực hiện cập nhật vị trí dựa trên LAI đượcthông báo thường xuyên từ BCCH của mỗi ô. Hình 2.30a: Cập nhật vị trí trong BSS 57
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSM • Đầu tiên MS yêu cầu một kênh điều khiển từ BSC bằng cách gửi bản tin CHAN_REQ tới BTS, BTS sẽ mã hoá bản tin tính toán khoảng cách giữa MS và BTS (dựa vào thời gian đề xuất) và chuyển tiếp tất cả thông tin tới BSC bao gồm cả thông tin ban đầu của MS và cả thông tin mà BSC thêm vào. • Tiếp theo BTS sẽ gửi một bản tin CHAN_RQD tới BSC sau khi bản tin này được nhận và xử lý, BSC sẽ truyền cho BTS thông tin về kiểu kênh, số kênh đã được nó dành riêng cho bằng bản tin CHAN_ACT. • BTS xác nhận và xử lý bản tin CHAN_ACT rồi đáp lại bằng bản tin CHAN_ACT_ACK • BSC sẻ gửi một bản tin IMM_AS_CMD bản tin này đả kích hoạt kênh dành riêng trước đó. BTS gửi thông tin này qua kênh AGCH cho MS. MS tìm thấy IMM_ASS_CMD của nó bởi những yêu cầu tham chiếu mà nó đã chứa sẳn trong bản tin CHAN_REQ. • Ở lớp 2 kết nối LAPDm đã sẵn sàng được kích hoạt. MS sẽ gữi một bản tin SABM tới BTS, ở trường hợp này là bản tin LOC_UPD_REQ. Đây là một bản tin yêu cầu cập nhật vị trí. Hình 2.30b: Cập nhật vị trí trong BSS • BTS xác nhận một kết nối LAPDm được thiết lập bằng cách gửi một bản tin UA trả lời MS bản tin mang nội dung của bản tin MS yêu cầu. Đồng thời nó chuyển bản tin này tới BSC. Đây là một thông báo MM trong suốt nhưng BSC vẫn xữ lý vì BSC khác vẫn yêu cầu lớp thông tin ký hiệu này từ BS. Sau khi xử lý xong BSC đóng gói LOC_UPD_REQ và LAC hiện thời với CI vào trong một bản tin có nhản là CL3I (Chú ý là trong LOC_UPD_REQ từ BS 58
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSM vẫn chứa LAC, CI cũ), sau đó gữi nó cùng với bản tin SCCP (đây là một thông điệp yêu cầu thành lập một kết nốí) (bản tin CR) tới MSC. • Nếu MSC có khả năng đáp ứng kết nối SCCP thì yêu cầu CR được đáp lại bằng bản tin CC (Connection Confirmed). Và kể từ thời điểm này một kết nối logic được thành lập từ MS tới MSC/VLR. • MSC/VLR trả lời LOC_UPD_REQ bằng một bản tin AUTH_REQ. Bản tin này chuyển tới BSC thông qua kết nối SCCP đã được thiết lập và tiếp tục chuyển tới BTS rồi tới MS. Nội dung bản tin là những tham số ngẫu nhiên, những tham số quan trong nhất đối với quá trình cập nhật vị trí. • MS (chính xác hơn đó là SIM) sau khi nhận được bản tin RAND (số ngẫu nhiên 128bit) từ mạng và kết hợp với khoá mã Ki được lưu trong SIM thông qua giải thuật A3 cho ta SRES 13bit và MS dùng nó gửi trong bản tin AUTH_RSP tới MSC/VLR, đây là một bản tin trong suốt. VLR sẽ so sánh SRES với giá trị được cung cấp bởi HLR. Hình 2.30c: Quá trình nhận thực trong GSM Hình 2.30d: Cập nhật vị trí trong BSS 59
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSM • MSC/VLR sẻ kiểm tra thông tin SRES nếu chứng thực nó sẻ gửi thông tin tới MS và BTS. BTS sau khi nhận được bản tin sẽ giải phóng một phần bản tin ENCR_CMD (nó là khoá mã Kc), bản tin này sau đó được thuật toán A4 biến thành chuổi ngẩu nhiên và gửi các bản tin CIPH_MOD_CM tới MS. MS xác nhận bằng cách gửi bản tin CIPH_MOD_COM tới BSC và được BSC xử lý chuyển thành bản tin CIPHER_MODE_CMP tới MSC/VLR mã hoá để kích hoạt. • Nếu thiết bị kiểm tra là tích cực thì MSC/VLR sẽ gửi bản tin IDENT_REQ trong suốt qua BTS và BSC tới MS yêu cầu MS cung cấp IMEI. • MS nhận được yêu cầu và gửi IMEI của nó cho MSC/VLR trong bản tin IDENT_RSP. Bản tin này cũng trong suốt với BTS và BSC. IMEI của MS được EIR kiểm tra sự chứng thực là tích cực hay không. • MSC/VLR gán TMSI (đây là thông tin được sử dụng thay cho IMSI để theo dõi những thuê bao khó hơn). TMSI được sử dụng để xác định tạm thời một thuê bao vào bản tin TMSI_REAL_CMD, một bản tin trong suôt với BTS và BSC và gửi tới cho MS. Chú ý việc ấn định một TMSI mới có thể xảy ra vào lúc cuối bên trong LOC_UPD_ACC. Hình 2.30e: Cập nhật vị trí trong BSS • MS xác nhận bằng bản tin TMSI_REAL_COM, thông báo là một TMSI mới đã nhận được và đã được lưu trử. Đây cũng là một bản tin trong suốt qua BTS và BSC tới MSC/VLR. • MSC/VLR đáp lại bằng bản tin trong suôt LOC_UPD_ACC cho MS rằng đã lưu giử vị trí vùng LAI mới. Đến đây một tiến trình cập nhật vị trí là hoàn thành. Kênh chiếm giữ trên giao diện Air có thể được giải phóng để nhường cho việc cập nhật mới. 60
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSM • Để giải phóng MSC gửi một bản tin CLR_CMD tới BSC, BSC xử lý và chuyển tới BTS trong bản tin CHAN_RE và qua MS. Đồng thời BSC cũng gửi một gói tin DEACT_SACCH yêu cầu BTS ngừng gửi bản tin SACCH. MS phản ứng đáp lại bằng bản tin DISC (LAPDm) tới BTS để yêu cầu giải phóng kết nối tại lớp 2. BTS xác nhận bằng bản tin UA và xác nhận giải phóng kết nối của giao diện không khí Air bằng bản tin REL_IND và BSC chuyển tiếp tới MSC bằng bản tin CLR_CMP. BSC yêu cầu TRX trong bản tin RF_CHAN_REL để giải phóng nguồn chiếm giữ trên giao diện Air cho BTS. MSC gửi bản tin RLSD yêu cầu giải phóng nguồn SCCP. BTS gửi bản tin RF_CHAN_REL_ACK cho BSC xác nhận giải phóng trên giao diện Air, đồng thời BSC cũng gửi cho MSC bản tin RLC để xác nhận việc giải phóng của nguồn SCCP.b. Cập nhật vị trí trong NSS Khi cập nhật vị trí làm thay đổi VLR thì luôn phải truy cập với thông tin trongHLR, còn nếu như việc cập nhật vị trí mà không làm thay đổi VLR thì không cần truycập thông tin ở HLR. Trong HLR luôn chỉ có thông tin về vùng VLR của thuê bao, nókhông có thông tin cụ thể về vùng định vị. Mọi trạng thái của MS luôn được EIR kiểmtra. Hình 2.31a: Cập nhật vị trí trong NSS • VLR mới yêu cầu chứng thực dữ liệu (SRES, RAND, Ki) từ VLR cũ sau khi nhận được bản tin LOC_UPD_REQ từ BSC qua giao diện A. VLR mới gửi thông tin nhận dạng dữ liệu TMSI cũ cho VLR cũ nhờ HLR (dữ liệu ban đầu), sự chứng thực dữ liệu sẻ được đáp lại cho VLR mới. • Sau khi gửi bản tin LOC_UDP_ACC, VLR mới xác nhận với HLR rằng MS đã chuyển vùng VLR mới. Và gửi bản tin chứa IMSI và LMSI mới cho 61
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSM HLR cập nhật. HLR gửi bản tin yêu cầu VLR cũ xoá dữ liệu về thêu bao để cập nhật dữ liệu về vị trí mới của thuê bao, và được VLR cũ đáp trả bằng bản tin tương tự thông báo đả huỷ. Cùng lúc này VLR mới nhận được từ HLR tất cả dử liệu thuê bao trong một bản tin ‘insertSubcriberData’. • VLR mới đáp trả bản tin tương tự để thông báo là đả cập nhật và HLR gửi bản tin ‘updataLocation tới cho VLR mới thông báo thủ tục cập nhật có thể khép lại cả hai bên. Việc cập nhật và chứng thực vị trí một MS còn nhằm mục đích làm giảm ăn trộmthiết bị viển thông. Hệ thống NSS là cơ sở dữ liệu của thuê bao còn EIR chứa một khoánhận dạng bí mật IMEI nhằm kiểm tra chứng thực thuê bao trong mạng GSM. Việckiểm tra có thể tiến hành qua các bước như sau: Hình 2.31b: Kiểm tra IMEI • Khi thiết bị kiểm tra là tích cực, MSC/VLR mới yêu cầu mã nhận dạng thiết bị IMEI từ MS bằng một bản tin IDENT_REQ thông qua BSC và BTS như đã trình bày. Và việc đáp ứng yêu cầu là điều tất nhiên bằng một bản tin IDENT_RSP chứa IMEI cho MSC/VLR mới chứng thực. • Để chứng thực MSC/VLR gửi nó thông qua bản tin yêu cầu kiểm tra IMEI cho EIR thông qua bản tin checkIMEI, và việc kiểm tra sẻ được EIR tiến hành. • Một kết quả chứng thực sẻ được gửi trở lại MSC/VLR, nếu IMEI không bao gồm trong ‘back list’.2.2.4 Bắt đầu cuộc gọia. Bắt đầu cuộc gọi trong BSSCuộc gọi được khởi xướng từ trạm di động MOC: Khi trạm MS ở trạng thái tích cực và đả đăng ký ở MSC/VLR phục vụ, MS cóthể thực hiện cuộc gọi. Quá trình thực hiện cuộc gọi được cho như sau: 62
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSM Hình 2.32a: Bắt đầu cuộc gọi trong BSS • Bằng kênh truy cập ngẫu nhiên RACH, MS gửi yêu cầu kênh báo hiệu đến BTS. BTS giãi mã yêu cầu CHAN_REQ tính toán khoảng cách từ MS tới BTS (thời gian đề xuất) chuyển tiếp thông tin hoàn chỉnh cho BSC trong bản tin CHAN_RQD. • Sau khi nhận và xử lý CHAN_RQD, BSC thông báo cho BTS về kiểu kênh và số kênh sẻ được cấp bằng bản tin CHAN_ACT. • BTS xác nhận bằng bản tin CHAN_ACT_ACK • Tiếp đó BSC sẽ gửi IMM_AS_CMD để kích hoạt kênh đã được dành riềng trước đó. BTS sẻ gửi thông tin trên kênh AGCH tới cho MS. MS tìm IMM_AS_CMD bằng việc tham chiếu yêu cầu những cái mà có trong CHAN_REQ. Hình 2.32b: Bắt đầu cuộc gọi trong BSS 63
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSM • Một bản tin chứa thông tin xác định thuê bao (ISMI hay TMSI) và xác định yêu cầu dịch vụ sẻ được gửi trong bản tin CM_SERV_REQ trong khung SABM (LAPDm) của lớp 2. BTS xác nhận lớp 2 đả được thiết lập bằng việc lặp lại bản tin CM_SERV_REQ chứa trong khung UA đồng thời chuyển tiếp thông tin này tới BSC. BSC xử lý một phần bản tin và thêm LAC + CI vào rồi đóng gói trong CR (SCCP) giống như CL3I (BSSM). Bản tin này cũng như một yêu cầu cho một kết nối SCCP tới MSC. • MSC nhận và trả lời bằng khung CC nếu như nó có khả năng cung cấp một kết nối SCCP. Từ thời điểm này một kết nối logic được hình thành từ MS tới MSC/VLR. Đồng thời nó cũng trả lời cho MS thông qua BSC trên kết nối SCCP đả được thiết lập và qua BTS, bản tin này trong suốt với cả BTS và BSC. Thông tin bao gồm chuổi 13bit ngẫu nhiên RAND và số chuổi khoá mật mã CKSN chứa trong VLR. • MS (chính xác hơn đó là SIM) sau khi nhận được bản tin RAND (số ngẫu nhiên 128bit) từ mạng và kết hợp với khoá mã Ki được lưu trong SIM thông qua giải thuật A3 cho ta SRES 13bit và MS dùng nó gửi trong bản tin AUTH_RSP tới MSC/VLR, đây là một bản tin trong suốt với BTS và BSC. VLR sẽ so sánh SRES với giá trị được cung cấp bởi HLR. Sự chứng thực là thành công, nếu cả hai là phù hợp. Khi đó MSC/VLR xác nhận yêu cầu dịch vụ trong bản tin trong suốt CM_SERV_ACC tới MS. Hình 2.32c: Bắt đầu cuộc gọi trong BSS • MSC/VLR sẻ kiểm tra thông tin SRES nếu chứng thực nó sẻ gửi thông tin tới MS và BTS. BTS sau khi nhận được bản tin sẽ giải phóng một phần bản tin ENCR_CMD (nó là khoá mã Kc), bản tin này sau đó được thuật toán A4 biến thành chuổi ngẩu nhiên và gửi phần còn lại của bản tin CIPH_MOD_CMD tới MS. MS xác nhận bằng cách gửi bản tin CIPH_MOD_COM tới BSC và được BSC xử lý chuyển thành bản tin CIPHER_MODE_CMP tới MSC/VLR mã hoá để kích hoạt. 64
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSM • Nếu thiết bị kiểm tra là tích cực thì MSC/VLR sẽ gửi bản tin IDENT_REQ trong suốt qua BTS và BSC tới MS yêu cầu MS cung cấp IMEI. • MS nhận được yêu cầu và gửi IMEI của nó cho MSC/VLR trong bản tin IDENT_RSP. Bản tin này cũng trong suốt với BTS và BSC. IMEI của MS được EIR kiểm tra sự chứng thực là tích cực hay không. • MSC/VLR gán TMSI mới (đây là thông tin được sử dụng thay cho IMSI để theo dõi những thuê bao khó hơn).TMSI được sử dụng để xác định tạm thời một thuê bao vào bản tin TMSI_REAL_CMD, một bản tin trong suôt với BTS và BSC và gửi tới cho MS. Chú ý việc ấn định một TMSI mới có thể xảy ra vào lúc cuối bên trong LOC_UPD_ACC. • MS xác nhận với bản tin TMSI_REAL_COM rằng TMSI mới đả được lưu trữ.Như vậy việc cập nhật vị trí đã xong và việc thiết lập cuộc gọi bắt đầu Hình 2.32d: Bắt đầu cuộc gọi trong BSS • Sau khi qua trinh cập nhật vị trí xong MS gửi tới MSC/VLR bản tin SETUP trong suốt qua BTS và BSC, bao gồm các thông số như: khả năng mạng, các thông số đảm bảo khả năng tương thích gữi hai thiết bị MS, số thoại phía bị gọi,và các dịch vụ bổ sung. Sau khi MSC/VLR nhận được thông tin nó gửi một bản tin IAM (ISUP) để cài đặt một kết nối MSC/VLR xác nhận với bản tin CALL_PROC rằng IAM đã được gửi và MSC đang xử lý thiết lập cuộc gọi. Bản tin này trong suôt qua BTS và BSC tới MS. • Tại cùng thời điểm, nếu thiết lập cuộc gọi muộn OACSU (Off Air Call SetUp) có nghĩa là kênh tiếng ở giao vô tuyến được cấp phát ở thời điểm muộn nhất. Nếu OACSU là tích cực thì kênh tiếng và FACCH tương ứng chỉ được thiết lập ngay trước kết nối khi đảm bảo rằng phía bị gọi đả trả lời. Còn nếu kết nối được thiết lập không có OACSU thì MSC sẻ gửi bản tin 65
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSM ASS_REQ tới BSC với nội dung quan trọng là ấn định một kênh mà sẻ được sử dụng cho kết nối giao diện Air. Ở đây BSC kiểm tra nếu có kênh lưu lượng rỗi nó ấn định kênh này cho cuộc gọi và yêu cầu BTS tích cực kênh này. Để biết được tình trạng lớp vật lý trên giao diện Air BSC hỏi BTS qua bản tin PHY_CONTEXT_REQ trước khi BSC gán kênh TCH trên giao diện A. BTS đáp lại bản tin PHY_CONEXT_CONF mang nội dung về khoảng cách thực tế của MS và thiết lập công suất phát cho MS và BS. Sau khi nhận và xử lý bản tin ASS_REQ, BSC sẻ báo tin cho BTS về kiểu kênh và số kênh sẻ được dành riêng bằng bản tin CHAN_ACT. BTS xác nhận việc nhận và xử lý bằng bản tin CHAN_ACT_ACK. • Sau đó BSC sẻ chỉ cho BTS và MS một kênh giao vận TCH với bản tin ASS_CMD chứa thông tin TRX và TS. Kênh này được dùng cho giao diện Air. Hình 2.32e: Bắt đấu cuộc gọi trong BSS • MS gửi khung SABM thông qua kênh FACCH cho BTS để yêu cầu thiết lập kết nối ở lớp 2 LAPDm. BTS xác nhận bằng bản tin UA (LAPDm) trong lớp 2 đả được thiết lập. Tại cùng một thời điểm gửi bản tin ÉT_IND về việc thiết lập kết nối 2 cho BSC trên giao diện BSC. • MS gửi một bản tin trong suôt ASS_COM tới MSC đây là dữ liệu lớp 3 kênh giao vận và cũng đồng thời là bản tin công nhận ASS_REQ. • Lúc này BSC sẻ giải phóng kênh điều khiển đả chiếm giữ lúc trước, kênh dùng để thiết lập cuộc gọi bằng bản tin RF_CHAN_REL thông báo cho BTS. BTS xác nhận việc giải phóng kênh bằng bản tin đáp trả RF_CH_REL_ACK. 66
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSM • Hệ thống con điều khiển lưu lượng sẽ phân tích các số mà thuê bao gọi đả quay và thiết lập kết nối tới thuê bao bị gọi. Cuộc gọi được nối thông qua chuyển mạch nhóm. • Khi MSC/VLR nhận ACM cho việc thiết lập kết nối nó gửi một bản tin ALERT hoặc bản tin PROGRESS tới MS, đây là nhúng bản tin trong suốt. ALERT sử dụng để chỉ ra một sự thay đổi trạng thái bênn trong MS còn PROGRESS sử dụng khi không thay đổi trạng thái của MS. • Báo chuông sẽ được gửi đến trạm MS cho thấy phía bị gọi đang đổ chuông. Tông chuông được tạo ra ở tổng đài phía thuê bao bị gọi và được chuyển mạch nhóm đến MS. Như vậy tông chuông được gửi qua đường vô tuyến chứ không phai được tạo ra ở MS. • Khi MSC/VLR nhận được bản tin ANS (đây là bản tin trả lời từ thuê bao bị gọi) thì cuộc gọi thông qua đó được kết nối, và gửi tới MS bản tin CON, một bản tin trong suôt. Một cuộc gọi thực tế (thoại) bắt đầu khi MS nhận được bản tin CON và gửi lại bản tin xác nhận CON_ACK tới MSC/VLR, cước phí bắt đầu được tính. Đến đây thì việc thiết lập cuộc gọi là đả hoàn thành. Việc xoá một cuộc gọi cóthể khởi xướng từ MS hay từ đối phương. Nếu MS khởi xướng xoá thì nó phát đi bảntin DISCONNECT tới BS và BS trả lời bằng cách xoá kết nối CM. Ta xét trường hợpphía thuê bao bị gọi xoá kết nối: Hình 2.32f: Bắt đầu cuộc gọi trong BSS • MS bị gọi nhấn nút END để kết thúc cuộc gọi thì kết nối sẻ được giải phóng ngay. MS gửi bản tin DISC trong suốt qua BTS và BSC tới 67
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSM MSC/VLR. MSC/VLR đáp lại bằng bản tin REL cũng trong suốt tới MS. Việc tính cước cũng chấm dứt • MS gửi bản tin REL_COM để giai phóng kết nối tới MSC/VLR. Sau khi cuộc gọi kết thúc kênh chiếm giữ trên giao diện A sẻ được giải phóng. MSC gửi bản tin CLR_CMD tới BSC, BSC xử lý và chuyển tiếp bản tin CHAN_REL tới BTS và MS. Đồng thời BSC yêu cầu BTS ngừng gửi bản tin ở kênh SACCH bằng việc gửi bản tin DEACT_SACCH. Khi mà MS nhận được bản tin CHAN_REL nó sẻ tự động gữi trở lại bản tin DISC bản tin lớp 2 yêu cầu BTS giải phóng kết nối ở lớp 2. BTS xác nhận và đáp trả bản tin UA. đồng thời gửi bản tin REL_IND cho BSC để xác nhận sự giải phóng kết nối giao diện A. BSC phân tích và gửi bản tin này tới MSC thông qua bản tin CLR_CMP. Với bản tin RF_CHAN_REL, BSC yêu cầu TRX giải phóng nguồn chiếm giữ trên giao diện A. MSC yêu cầu BSC giải phóng kết nối SCCP thông qua bản tin RLSD. Và BTS xác nhận việc giải phóng trên giao diện A đồng thời BSC cũng gửi MSC bản tin RLC xác nhận kết nối SCCP được giải phóng.Lưu ý: Các bản tin trên giao diện Air ở trên được truyền trên hai kênh FACCH vàSDCCH.Báo hiệu sự giao vận trong thời gian kết nối: Hình 2.33: Báo hiệu sự giao vận trong lúc kết nối Cả MS và BTS sẻ gửi kết quả mà chúng đo được trong suốt thời gian kết nối,mỗi lần gửi trên một khung, trong bản tin MEAS_RES/MEAS_REP tới cho BSC trênkênh SACCH. Trên đường truyền xuống SACCH gửi thông tin SYS_INFO 4 và 6 chomỗi lần một khung cho MS. Đồng thời còn mang thông tin: thiết lập công suất truyền,thời gian đề xuất. Việc thay đổi công suất truyền của MS và BTS được BSC điều khiểnthông qua bản tin MS_POWER_CON. 68
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSMb. Bắt đầu cuộc gọi trong NSS Trong hệ thống NSS một yêu cầu kết nối của một thuê bao có thể được địnhhướng thông qua: - Tới cùng một PLMN (MS-MS). - Tới từ PLMN khác (MS-MS). - Tới từ mạng tích hợp số ISDN. - Tới từ mạng điện thoại tương tự PSTN. Dưới đây là ví dụ về cuộc gọi MOC cho các trường hợp trên. Tổng đài cổngGMSC được sử dụng cho việc chuyển đổi từ mạng ISDN hay PSTN vào mạng GSM. Hình 2.34a: Bắt đầu cuộc gọi trong NSS • Cuộc gọi khởi phát từ MS trong mạng di động ra mạng ngoài ISDN bắt đầu bằng việc MSC/VLR nhận một bản tin khởi tạo yêu cầu CM_SERV_REQ từ BSC • Bản tin SETUP mang thông tin về số điện thoại của thuê bao bị gọi sẻ được gửi tới MSC MSC xử lý và gửi khung IAM mang thông tin yêu cầu ra tới GMSC. GMSC chuyển tiếp bản tin tới tổng đài ISDN. Khi việc định tuyến cuộc gọi trong mạng ISDN hoàn tất. Việc gửi thông tin về việc phía thuê bao số đang đổ chuông sẻ được tổng đài ISDN gửi quay trở lại GMSC qua bản tin ACM và chuyển tiếp qua MSC và MSC xử lý chuyển tới cho MS thông qua bản tin ALERT hay PROGRESS. 69
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSM • Cũng đồng thời tổng đài ISDN gửi một bản tin ANM nội dung trả lời tin nhắn từ thuê bao di động và được MSC xử lý thành bản tin CON gửi cho MS qua BSS. Và BSC cũng gửi đáp lại bản tin CON_ACK. • Như vậy một kết nối đả được nối thông cho hai thuê bao ở hai mạng khác nhau. Cuộc đàm thoại bắt đầu nếu bên thuê bao số nhấc ống nghe. Và việc tính cước cũng bắt đầu được tính. • Khi một bên kết thúc cuộc gọi. Ở trường hợp này là phía MS một bản tin DISC được gửi tới MSC và chuyển tiếp sang GMSC và qua tổng đài ISDN bằng bản tin REL trong ISUP và đồng thời một bản tin REL (BSSAP) tới cho MS. Đồng thời chấm dứt việc tính cước. • Tổng đài ISDN xác nhận bằng việc gửi bản tin RLC (trong phần ISUP) cho MSC thông qua GMSC. MS xác nhận bản tin REL giải phóng kết nối bằng bản tin REL_COM.2.2.5 Cuộc gọi từ đầu cuối di độnga. Đầu cuối di động gọi trong BSS Cuộc gọi MTC (Mobile Terminal Call) mặc dù không xuất phát từ MS nhưngvẩn có nhiều điểm giống MOC tuy nhiên vẩn có nhiều điểm khác nhau: - CHAN_REQ của MS trong MTC là sự trả lời cho PAGING_REQ còn trong MOC thì nó là yêu cầu của MS cho khởi tạo cuộc gọi. - Bản tin đầu tiên gửi trên một SDCCH mới không phải là CM_SERV_REQ mà là PAG_RSP. - Bản tin SETUP trong MTC được khởi tạo từ MSC/VLR chứ không phải từ MS.Một thí dụ về cuộc gọi MTC: 70
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSM Hình 2.35a: Đầu cuối di động gọi trong BSS • Khi có một cuộc gọi yêu cầu tới MSC/VLR thì đầu tiên MSC/VLR gửi một yêu cầu PAGING cho tất cả BTS, đây là bản tin quảng bá tìm gọi trạm MS được gọi và nó chứa các thông tin của cả MS gọi lẩn MS bị gọi như IMSI hay TMSI. Các bản tin được chuyển cho các BTS qua các trạm BSC dưới bản tin PAGING_CMD. Nếu một BSC nào đáp ứng tức là có kênh rổi thì nó sẻ gán một kênh điều khiên CCH và chuyển các bản tin đó cho các BTS. Đến trạm BTS chuyển nó thành bản tin yêu cầu cũng vẩn nội dung ấy PAG_REQ. • Khi mà tìm được MS bị gọi lập tức nó được gán một kênh điều khiển do BSC chỉ định CCCH và gửi một bản tin trả lời sự phân trang trở lại CHAN_REQ qua BTS nó được mã hoá tính toán khoảng cách MS tới BTS và chuyển thông tin trong bản tin CHAN_RQD tới cho BSC. • Sau khi nhận được BSC xử lý và gửi đáp lại một bản tin cho BTS biết về kiểu kênh và số kênh sẽ được gán bằng bản tin CHAN_ACT. • BTS xử lý và xác nhận đáp lại một bản tin CHAN_ACT_ACK về số khung cho BSC. Hình 2.35b: Đầu cuối di động gọi trong BSS • Để kích hoạt kênh đả được BSC dành riêng trước đó nó gửi bản tin IMM_ASS_CMD cho MS và được BTS gửi trên kênh AGCH. MS xử lý và tham chiếu với yêu cầu của nó trong CHAN_REQ. • Sau đó nó gửi bản tin PAG_RSP trong khung SABM trên kênh SDCCH đả thiết lập yêu cầu thiết lập kết nối lớp 2 (LAPDm). Bản tin là trong suốt qua sự xác nhận bản tin UA trở lại cho MS của BTS và chuyển bản tin PAG_RSP qua cho BSC. BSC xử lý một phần (phần nó cần là Mobile Station Classmark) và thêm LAC, CI. Tất cả thông tin được đóng gói trong bản tin 71
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSM CL3I và chuyển nó cho MSC/VLR đang phục vụ, bản tin CR yêu cầu một kết nối SCCP. • Nếu MSC có khả năng phục vụ nó sẻ đáp lại bằng bản tin CC, từ đây một kết nối logic giữa MS và MSC/VLR đả được thiết lập. • MSC/VLR gửi chuổi số ngẩu nhiên RAND và CKSN trong bản tin AUTH_REQ là trong suốt với BTS và BSC cho MS. • MS (chính xác hơn đó là SIM) sau khi nhận được bản tin RAND (số ngẫu nhiên 128bit) từ mạng và kết hợp với khoá mã Ki được lưu trong SIM thông qua giải thuật A3 cho ta SRES 13bit và MS dùng nó gửi trong bản tin AUTH_REQ tới MSC/VLR, đây là một bản tin trong suốt với BTS và BSC. Hình 2.35c: Đầu cuối di động gọi trong BSS • VLR sẽ so sánh SRES với giá trị được cung cấp bởi HLR. Sự chứng thực là thành công, nếu cả hai là phù hợp. MSC/VLR sẻ kiểm tra thông tin SRES nếu chứng thực nó sẻ gửi thông tin tới MS và BTS. BTS sau khi nhận được bản tin sẽ giải phóng một phần bản tin ENCR_CMD (nó là khoá mã Kc), bản tin này sau đó được thuật toán A4 biến thành chuổi ngẩu nhiên và gửi phần còn lại của bản tin CIPH_MOD_CMD tới MS. MS xác nhận bằng cách gửi bản tin CIPH_MOD_COM tới BSC và được BSC xử lý chuyển thành bản tin CIPHER_MODE_CMP tới MSC/VLR mã hoá để kích hoạt. • Nếu thiết bị kiểm tra là tích cực thì MSC/VLR sẽ gửi bản tin IDENT_REQ trong suốt qua BTS và BSC tới MS yêu cầu MS cung cấp IMEI. • MS nhận được yêu cầu và gửi IMEI của nó cho MSC/VLR trong bản tin IDENT_RSP. Bản tin này cũng trong suốt với BTS và BSC. IMEI của MS được EIR kiểm tra sự chứng thực là tích cực hay không. 72
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSM • MSC/VLR gán TMSI mới (đây là thông tin được sử dụng thay cho IMSI để theo dõi những thuê bao khó hơn).TMSI được sử dụng để xác định tạm thời một thuê bao vào bản tin TMSI_REAL_CMD, một bản tin trong suôt với BTS và BSC và gửi tới cho MS. • MS xác nhận với bản tin TMSI_REAL_COM rằng TMSI mới đả được lưu trữ. Hình 2.35d: Đầu cuối di động gọi trong BSS • Sau khi qua trình cập nhật vị trí và xác thực MS xong MSC/VLR gửi bản tin SETUP trong suốt qua BTS và BSC tới MS, bao gồm các thông số như: khả năng mạng, các thông số đảm bảo khả năng tương thích gữi hai thiết bị MS, số thoại phía bị gọi, và các dịch vụ bổ sung. Sau khi MS nhận được thông tin nó gửi một bản xác nhận CALL_CONF tới MSC/VLR. Bản tin này trong suôt qua BTS và BSC. • Tại cùng thời điểm, nếu thiết lập cuộc gọi muộn OACSU (Off Air Call SetUp) có nghĩa là kênh tiếng ở giao vô tuyến được cấp phát ở thời điểm muộn nhất. Nếu OACSU là tích cực thì kênh tiếng và FACCH tương ứng chỉ được thiết lập ngay trước kết nối khi đảm bảo rằng phía bị gọi đả trả lời. Còn nếu kết nối được thiết lập không có OACSU thì MSC sẻ gửi bản tin ASS_REQ tới BSC với nội dung quan trọng là ấn định một kênh mà sẻ được sử dụng cho kết nối giao diện Air. Ở đây BSC kiểm tra nếu có kênh lưu lượng rỗi nó ấn định kênh này cho cuộc gọi và yêu cầu BTS tích cực kênh này. Để biết được tình trạng lớp vật lý trên giao diện Air BSC hỏi BTS qua bản tin PHY_CONTEXT_REQ trước khi BSC gán kênh TCH trên giao diện A. BTS đáp lại bản tin PHY_CONEXT_CONF mang nội dung về khoảng cách thực tế của MS và thiết lập công suất phát cho MS và BS. Sau khi nhận và xử lý bản tin ASS_REQ, BSC sẻ báo tin cho BTS về kiểu kênh và số kênh sẻ được dành riêng bằng bản tin CHAN_ACT. BTS xác nhận việc nhận và xử lý bằng bản tin CHAN_ACT_ACK. 73
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSM Hình 2.35e: Đầu cuối di động gọi trong BSS • Sau đó BSC sẻ chỉ cho BTS và MS một kênh giao vận TCH với bản tin ASS_CMD chứa thông tin TRX và TS. Kênh này được dùng cho giao diện Air. • MS gửi khung SABM thông qua kênh FACCH cho BTS để yêu cầu thiết lập kết nối ở lớp 2 LAPDm. BTS xác nhận bằng bản tin UA (LAPDm) trong lớp 2 đả được thiết lập. Tại cùng một thời điểm gửi bản tin ÉT_IND về việc thiết lập kết nối 2 cho BSC trên giao diện BSC. • MS gửi một bản tin trong suôt ASS_COM tới MSC đây là dữ liệu lớp 3 kênh giao vận và cũng đồng thời là bản tin công nhận ASS_REQ. • Lúc này BSC sẻ giải phóng kênh điều khiển đả chiếm giữ lúc trước, kênh dùng để thiết lập cuộc gọi bằng bản tin RF_CHAN_REL thông báo cho BTS. BTS xác nhận việc giải phóng kênh bằng bản tin đáp trả RF_CH_REL_ACK. • Hệ thống con điều khiển lưu lượng sẽ phân tích các số mà thuê bao gọi đả quay và thiết lập kết nối tới thuê bao bị gọi. Cuộc gọi được nối thông qua chuyển mạch nhóm. • Khi MS nhận ACM (ISUP) cho việc thiết lập kết nối khởi tạo việc đổ chuông trở lại nó gửi một bản tin ALERT hoặc bản tin PROGRESS tới MSC/VLR, đây là nhúng bản tin trong suốt. ALERT sử dụng để chỉ ra một sự thay đổi trạng thái bên trong MS. • Báo chuông sẽ được gửi đến trạm MS cho thấy phía bị gọi đang đổ chuông. Tông chuông được tạo ra ở tổng đài phía thuê bao bị gọi và được chuyển mạch nhóm đến MS. Như vậy tông chuông được gửi qua đường vô tuyến chứ không phai được tạo ra ở MS. 74
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSM • Khi MSC/VLR nhận được bản tin ANS (ISUP) (đây là bản tin trả lời từ thuê bao bị gọi, tức thuê bao bị gọi nhấn phim OK) thì cuộc gọi thông qua đó được kết nối, và gửi tới MSC/VLR bản tin CON, một bản tin trong suôt. Một cuộc gọi thực tế (thoại) bắt đầu khi MSC/VLR nhận được bản tin CON và gửi lại bản tin xác nhận CON_ACK tới MS, cước phí bắt đầu được tính. Đến đây thì việc thiết lập cuộc gọi là đả hoàn thành. Việc xoá một cuộc gọi cóthể khởi xướng từ MS hay từ đối phương. Nếu MS khởi xướng xoá thì nó phát đi bảntin DISCONNECT tới BS và BS trả lời bằng cách xoá kết nối CM. Ta xét trường hợpphía thuê bao gọi xoá kết nối: Hình 2.35f: Đầu cuối di động gọi trong BSS • MS gọi nhấn nút END để kết thúc cuộc gọi thì kết nối sẻ được giải phóng ngay. MSC/VLR gửi bản tin DISC trong suốt qua BTS và BSC tới MS bị gọi. MS đáp lại bằng bản tin REL cũng trong suốt tới MSC/VLR. Và chấm dứt việc tính cước. • MSC/VLR gửi bản tin REL_COM để giải phóng kết nối tới MS. Sau khi cuộc gọi kết thúc kênh chiếm giữ trên giao diện A sẻ được giải phóng. MSC gửi bản tin CLR_CMD tới BSC, BSC xử lý và chuyển tiếp bản tin CHAN_REL tới BTS và MS. Đồng thời BSC yêu cầu BTS ngừng gửi bản tin ở kênh SACCH bằng việc gửi bản tin DEACT_SACCH. Khi mà MS nhận được bản tin CHAN_REL nó sẻ tự động gữi trở lại bản tin DISC bản tin lớp 2 yêu cầu BTS giải phóng kết nối ở lớp 2. BTS xác nhận và đáp trả bản tin UA. đồng thời gửi bản tin REL_IND cho BSC để xác nhận sự giải phóng kết nối giao diện A. BSC phân tích và gửi bản tin này tới MSC thông qua bản tin CLR_CMP. Với bản tin RF_CHAN_REL, BSC yêu cầu TRX giải phóng nguồn chiếm giữ trên giao diện A đối với BTS. MSC/VLR yêu cầu BSC giải phóng kết nối SCCP thông qua bản tin RLSD. Và BTS xác nhận việc giải phóng trên giao diện A đồng thời BSC cũng gửi MSC bản tin RLC xác nhận kết nối SCCP được giải phóng. 75
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSM Như vậy chúng ta thấy các thủ tục trong MTC và MOC hoàn toàn tương tự nhau.Chúng như là các bản tin trong suôt gửi từ MS này tới cho MS khác thông quaMSC/VLR phục vụ và BSC lẩn BTS làm các trạm trung gian.b. Đầu cuối di động gọi trong NSS Việc tìm kiếm một thuê bao di động là một trong những công việc quan trọngnhất trong suôt thời gian MTC. Vậy cái gì làm việc này và các tổng đài ISDN và BSSkết hợp với nhau như thế nào để tìm kiểm một MS hay ngược lại. Để định tuyến mộtcuộc gọi tới thuê bao số hay tương tự thì việc gắn các mã vùng mã quốc gia là điều quantrọng nhưng đối với một cuộc gọi giữa hai MS với nhau thì điều đó là không cần thiết.Sau khi tổng đài GMSC nhận một cuộc gọi từ mạng ngoài nó sẻ chuyển tới cho hệthông NSS trong mạng. HLR đả có một định danh về các thuê bao nhưng HLR khôngcó vị trí chính xác của thuê bao (vị trí vùng), vậy nó phải tìm đến VLR. VLR gán mộtMSRN cho mục đích định tuyến và cung cấp số tới HLR. HLR chuyển tiếp nó tới MSC,MSC sẻ sử dụng nó để định tuyến cuộc gọi tới đích nơi mà MSC/VLR đang phục vụ.Sau khi một kết nối vô tuyến tới MS được thiết lập, MSC/VLR sẻ cung cấp giao diệnchức năng giữa hệ thống NSS và ISDN. Nếu như là cuộc gọi từ mạng tương tự PSTNthì tổng đài GMSC sẻ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số trong phần ứng dụngISDN ISUP của dịch vụlớp 3 trong mạng báo hiệu SS7. Tất cả các cuộc gọi từ mạngbên ngoài đều được định tuyến tới tổng đài cổng GMSC. Còn nếu là một cuộc gọi trongmạng thì không cần thông qua GMSC. Xét một ví dụ khi tổng đài cổng GMSC nhậnđược một cuộc gọi yêu cầu xuất phát từ mạng ISDN: Hình 2.36a: Đầu cuối di động gọi trong NSS • Khi tổng đài GMSC nhận được một bản tin IAM (ISUP) cho thuê bao di động thì đầu tiên HLR của thuê bao yêu cầu thông tin định vị, thông tin này nhận từ MSISDN. Ban đầu GMSC gửi một bản tin sendRouting Info (MAP) trên giao diện C tới HLR. HLR có thông tin mà được VLR cập nhật và HLR gửi một bản tin provideRoamingNumber (MAP) để xác định thông tin định tuyến MSRN. 76
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSM • MSC/VLR gán tạm thời MSRN và phản hồi lại HLR bản tin tương tự provideRoamingNumber. HLR sẻ gửi một phần MSRN cho GMSC để nó cấp phát khởi tạo định tuyến của yêu cầu cuộc gọi tới kích hoạt MSC/VLR. Thực hiện việc đó bằng bản tin IAM (Initial Address Message) trong ISUP. Bản tin được chuyển tới MS bằng bản tin PAGING. Đây là một bản tin quảng bá cho các BTS/BSC để tìm gọi MS. • Khi các MS nhận được bản tin chúng sẻ đối chiếu các thông tin (xử lý) nếu MS nào phù hợp sẻ đáp lại một bản tin trong suốt CIPHER_MODE_CMP tới cho MSC. Và MSC gửi một bản tin SETUP tới cho MS. MS sẻ xác nhận cuộc gọi với bản tin CALL_COF. Ở quá trình này là quá trình thiết lập công suất phát của MS và BTS rồi gửi thông báo cho BSC. Hình 2.36b: Đầu cuối di động gọi trong NSS • MS gửi bản tin ALER tới cho MSC bản tin này thông báo là phía MS đang đổ chuông. Bản tin sẻ được MSC xử lý và chuyển tiếp tới GMSC qua bản tin ACM thông báo việc kết nối định tuyến tới MS đả hoàn thành và MS đang đổ chuông. Ở đây GMSC sẻ chuyển nó tới tổng đài ISDN. • Khi mà MS nhận cuộc gọi (nhấn nút OK) nó gửi cho MSC một bản tin CON. Và bản tin này lại được chuyển qua cho tổng đài ISDN thông qua GMSC trong ANM chưa ở lớp chức năng ISUP. MSC xác nhận bản tin CON bằng bản tin CON_ACK và bắt đầu tính cước. Việc tính cước sẻ được thực hiện trong AUC. • Đến đây việc kết nối đả hoàn thành và cuộc gọi bắt đầu. Cuộc gọi có thể kết thúc từ MS hay thuê bao số ISDN. Ở đây ta xét sự kết thúc về phía ISDN. Khi mà GMSC nhận được bản tin REL (ISUP) kết thúc cuộc gọi từ tổng đài ISDN nó sẻ gửi thông báo này tới MSC, bản tin này sẻ ngừng việc tính cước. MSC/VLR sẻ gửi bản tin trong suôt DISC với BSS tới MS. MS xác nhận giải phóng của kết nối điều khiển cuộc gọi bằng bản tin REL (BSSAP) tới cho MSC/VLR. MSC xác thực nó bằng bản tin REL_COM vơí MS đồng thời gửi bản tin RLC (BSSAP+ISUP) tới cho mạng ISDN thông qua GMSC.Đến đây một kết nối đả được giải phóng hoàn toàn. 77
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSMChương 3 CHUYỂN GIAO MẠNG GSM Thủ tục chuyển giao là có thể xảy ra và là thủ tục qua trọng nhất để đẳm bảo tínhdi động của MS trong lúc gọi. Mục đích của thủ tục là duy trì cuộc gọi đang thực hiện,khi MS di chuyển từ một Cell tới Cell khác. Quyết định có thực hiện chuyển giao haykhông, được thực hiện bởi BSC phục vụ, hay nói khác là căn cứ vào kết quả đo của BTSvà MS gửi lên thì BSC sẻ quyết định có chuyển giao hay không, nếu có nó sẻ gửi yêucầu lên cho MSC. Trong khi gọi, MS định kỳ gửi kết quả đo tới BTS. Kết quả đo đượcbao gồm: kết quả đo của MS về chất lượng tín hiệu của đường xuống (từ BTS tới MS)của cuộc gọi và từ 6 Cell lân cận. BTS phục vụ đo đường lên (từ MS tới BTS) về chấtlượng tín hiệu vô tuyến của cuộc gọi và trước kết quả đo từ MS. Cả hai kết quả đo đượcsẻ được BTS gửi tới BSC. Từ thông tin trong bản tin báo cáo kết quả đo, BSC dựa vàođó sẻ có thể quyết định có chuyển giao tới cell khác hay không. Quyết định có haykhông thực hiện chuyển giao được thực hiện bởi một thuật toán đả được cài đặt vàthông số của nó được người quản trị mạng cài đặt. Hình 3.0: Chuyển giao trong mạng GSM Có các loại chuyển giao khác nhau, trong đó bao gồm các phần tử khác nhau củamạng. Chuyển giao trong cùng BSC hay giữa các BTS không phức tạp như chuyển giaogiữa các MSC. Bây giờ ta sẻ đi tìm hiểu về các loại khác nhau của chuyển giao. Thứ tựsắp xếp được liệt kê với sự tăng dần tính phức tạp: Trong cell/BTS, trong BSC, trongMSC và cuối cùng là giữa các MSC khác nhau. 78
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSM3.1 CÁC LOẠI CHUYỂN GIAO3.1.1 Trong BTS Gọi là chuyển giao trong cell hay trong cùng BTS cả hai được sử dụng trong vănchương để diễn tả cùng một trạng thái: một sự thay đổi khe thời gian (kênh vật lý) haynói cách khác là một sự thay đổi tần số. Bởi vì một BTS có thể điều khiển một vài cell,đúng nghĩa hơn ta phải gọi chuyển giao trong BTS (về tính logic) là đúng hơn là chuyểngiao trong cell. Ở đây có gì đó khác với định nghĩa chuyển giao ? Chuyển giao trong cell thực sự trên thực tế là không có chuyển giao thực bởi vìkết quả của nó chỉ để thay đổi tần số của cuộc gọi đang xảy ra. Thay đổi tần số đượcthực hiện khi chất lượng của liên kết giảm và sự đo lường các cell kế cạnh cũng khôngtốt hơn. Trong trường hợp này BSC điều khiển BTS phục vụ MS ra lệnh cho MS vàBTS trở về tần số khác, một tần số có thể cho chất lượng liên kết tốt hơn. Việc làm giảmchất lượng liên kết là do ảnh hưỡng của các cuộc gọi khác trong các cell lân cận sử dụngchung tần số (nhiểu đồng kênh) và do đó một giải pháp là cố gắng để thay đổi sang mộtkênh khác (khe thời gian khác) mà có thể đảm bảo tốt hơn cho cuộc gọi. Hình 3.1: Chuyển giao trong BTS3.1.2 Chuyển giao trong cùng BSC Chuyển giao trong BSC được thực hiện khi cell đích được điều khiển bởi mộtBTS khác từ cell nguồn và cả hai BTS được điều khiển bởi cùng một BSC. MSC khôngliên quan tới quá trình chuyển giao, nó chỉ được BSC thông báo cho khi chuyển giaohoàn thành. Nếu cell đích được đặt vị trí trong LA khác, MS cần thực hiện cập nhật vịtrí một thủ tục sau khi kết thúc cuộc gọi hình 3.2. Hình 3.2: Chuyển giao trong cùng BSC 79
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSM3.1.3 Chuyển giao trong cùng MSC Khi BSC quyết định chuyển giao là cần thiết, nhưng cell đích không được điềukhiển bở chính nó, nó cần sự giúp đở từ MSC để tìm ra vị trí chính xác của cell đangđược BSC nào đó quản lý, lúc này MSC mới tham gia vào quá trình chuyển giao. Cellđích sẻ được xác định đúng vị trí trong một BSS khác nào đó mà cũng được quản lý bởicùng MSC. Khi tìm ra được BSS đích, MSC sẻ kết nối BSS nguồn với BSS đích và gửitin báo cho BSS nguồn khi đả sẵn sàng. Sau đó quá trình yêu cầu BTS đích cấp tàinguyên, Sau khi việc cấp tài nguyên là thành công, MS sẻ được chỉ dẩn để truy cập kênhmới và cuộc gọi sẻ được chuyển sang BSS mới. Hình 3.3: Chuyển giao trong cùng MSC3.1.4 Chuyển giao giữa các MSC Thủ tục chuyển giao giữa các MSC khác nhau được thực hiện khi cell đích đượckết nối tới MSC khác (MSC-B) cho một cuộc gọi hiện thời được phục vụ bởi (MSC-A).MSC-A được giao tiếp với MSC-B với yêu cầu chuyển giao, yêu cầu MSC-B (hay nóichính xác là BTS đích) cấp tài nguyên cho cuộc gọi như trong trường hợp intra-MSC. Hình 3.4: Chuyển giao giữa các MSC khác nhau 80
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSM Khi tài nguyên được cấp, cuộc gọi được chuyển mạch như trong trường hợpintra-MSC. Bởi vì MS đả chuyển sang một cell khác (được phục vụ bởi BSS/MSC-VLR) mà MSC-A có tất cả thông tin về thuê bao trong VLR của nó. Thông tin chỉ đượcchuyển qua cho MSC/VLR mới khi LU được thực hiện. Do vậy mà LU luôn được yêucầu lúc kết thúc cuộc gọi, khi chuyển giao giữa các MSC được thực hiện xong.3.1.5 Nhận xét Trên thực tế do 2 MSC không bao giờ lại được thiết kế để quản lý 2 BTS kế cạnhmà 2 BTS do 2 MSC quản lý sẻ ở rất xa nhau nên vậy thời gian để MS di chuyển giữaCell này tới Cell kia là rất lâu, chưa có thiết bị nào di chuyển đủ nhanh để di chuyển tớiđể dẫn đến chuyển giao mà khi đi tới cell đó nó phải qua cell kế cạnh như vậy đã xảy rachuyển giao trong cùng MSC hay BSC rồi. Và do vậy chuyển giao giữa 2 MSC khácnhau sẻ không thể xẫy ra.3.2 CÁC BỘ ĐỊNH THỜI Trong mạng GSM các bộ định thời được sử dụng để kiểm soát quá trình xử lýthông tin như trong một cuộc chuyển giao, đồng thời các bộ định thời được sử dụng ởđây nhằm việc gây tắc nghẽn cuộc gọi (bị treo) hay gây nghẽn mạng khi các bản tin bịmất và do đó nó giúp cho mạng kiểm soát, hạn chế tốt hơn việc lổi xảy ra trong quátrình xử lý chuyển giao. Phần này chúng ta sẻ tìm hiểu các bộ định thời có liên quan vớichuyển giao trong cùng MSC.T7 T7 là bộ định thời được đặt trong BSS và được khởi động khi bản tinHND_RQD tới MSC (bước 3 trong sơ đồ 3.10). Khi thời gian định thời hết, bản tinHND_RQD được truyền lại. Các trường hợp bộ timer T7 ngừng: - Khi BSS nhận bản tin HND_CMD từ MSC. - Bản tin RESET đả được nhận từ MSC, cho biết lổi nguy hiểm trong dữ liệu trao đổi trên đường truyền. Bản tin RESET khởi động lại giao diện A giữa MSC và BSC. - Chất lượng liên kết vô tuyến tới MS cải thiện vì thế chuyển giao không được yêu cầu thêm nữa. - Cuộc gọi được kết thúc bởi một bên trong nhóm gọi đó hoặc bởi vì mất liên kết vô tuyến. 81
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSMT8 Bộ định thời T8 cũng được đặt trong BSC cũ. Bộ định thời đựơc bắt đầu khi bảntin HND_CMD gửi tới MS (bước 9 trong hình 3.10). Lý do cho sự có mặt của timer làđể giữ tài nguyên vô tuyến trong BSS củ một thời gian để khi MS phải dùng đến nếu nókhông truy cập tới BSS mới hay kênh mới không được nó đáp ứng. Có 2 trường hợp đểT8 ngừng đếm: - BSC nhận bản tin CLR_CMD từ MSC, bản tin thông báo cho BSC rằng công việc của nó trong cuộc gọi đả hoàn thành và rằng tài nguyên của nó sử dụng trong BSC củ đả được giải phóng dành cho cuộc gọi khác. - BSC nhận một bản tin HND_FAI từ MS, thông báo cho BSC biết rằng MS không thể truy tới BSS mới, và rằng cần được quay trở lại BSS củ. Hình 3.5: Khoảng thời gian định thời của T8 Nếu thời gian định thời T8 hết mà BSC vẩn chưa nhận được bản tin CLR_CMDtừ MSC, BSC sẻ giải phóng toàn bộ tài nguyên được cấp cho cuộc gọi và gửi một bảntin CLR_REQ tới cho MSC. MSC đáp ứng lại một bản tin CLR_CMD bản tin này lệnhcho BSS giải phóng kênh củ đả được cấp. Vì nếu hết thời gian định thời T8 là toàn bộtài nguyên vô tuyến được cấp để cho cuộc gọi đả được BSS củ giải phóng dành chocuộc gọi khác. Do đó cuộc gọi sẻ bị mất, không thể quay về kênh củ nữa.T3103 Timer T3103 được đặt trong mạng, nhưng vị trí chính xác của nó là không đượcđịnh rỏ. Từ sự bao hàm bản tin của nó, suy ra rằng nó chỉ ở một vài nơi trong BSS củ.Bộ timer được khởi động bởi việc BSS củ gửi một bản tin HND_CMD tới cho MS. Có2 trường hợp để T3103 ngừng đếm: - Mạng (ví dụ BSS mới) nhận bản tin HND_COM (bước 18 trong sơ đồ 3.10). Bản tin này không nói lên thời gian định thời dừng ở đâu. Vì thế bản tin CLR_CMD mang ý nghĩa là chuyển giao đả hoàn thành. 82
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSM - Khi bản tin HND_FAI được nhận bởi mạng, ví dụ MS thất bại khi truy cập tới BSS mới và gửi HND_FAI tới cho BSS củ. Nếu thời gian định thời của T3103 hết, mạng giải phóng tài nguyên trong BSS củvà xoá toàn bộ những gì có liên quan tới kết nối với MS. Và như vậy có ý nghĩa là cuộcgọi đả mất liên kết.T3105 Timer T3105 được đặt trong BTS mới, T3105 được khởi động khi BTS gửi mộtbản tin PHYS_INFO tới cho MS sau khi nhận bản tin HND_ACC (bước 11-12 trong sơđồ 3.10). Bộ timer dừng đếm trong 2 trường hợp: - BSS mới nhận bản tin SABM lớp 2 từ MS (bước 14 trong sơ đồ 3.10). - Một bản tin HND_FAI được nhận bởi mạng. Nếu hết thời gian định thời, bản tin PHYS_INFO được gửi lại. Việc gửi lại củabản tin này có thể xảy ra khi thời gian đạt tới giá trị lớn nhất Ny1, Ny1 là một hằng sốđịnh nghĩa bởi mạng GSM, thời gian này cũng có thể hiểu là thời gian định thời ban đầucủa T3105. Trong trường hợp này, BTS gửi một bản tin CONN_FAIL (CONNectionFAILure) tới cho BSC.T3124 Timer T3124 được đặt trong MS. T3124 được khởi động khi MS gửi bản tinHND_ACC thứ nhất tới cho BSS mới. Nó dừng lại khi MS nhận bản tin PHYS_INFOtừ BSS mới. Nếu T3124 time out, MS cố gắng để trở về kênh củ (BSS củ), nó gửi mộtbản tin HND_FAI và lại bắt đầu hoạt động bình thường như khi không có chuyển giaoxãy ra nếu như kênh vô tuyến củ vẩn đáp ứng được cho cuộc gọi. Trái lại cuộc gọi sẻ bịmất.T101 Bộ định thời T101 được đặt trong MSC, bộ định thời sẻ hoạt động từ khi MSCyêu cầu tới BSS mới chuyển giao cho tới khi tài nguyên vô tuyến được cấp. Bộ địnhthời được bắt đầu khi MSC gửi bản tin HND_REQ tới BSS mới (bước 4 trong sơ đồ3.10). Bộ timer dừng trong 2 trường hợp: - Bản tin HND_REQ_ACK được nhận từ BSS mới (bước 7 trong sơ đồ 3.10) 83
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSM - MSC nhận bản tin HND_FAIL (HaNDover FAILed trên giao diện A) từ BSS mới khi BSS mới không thể cấp tài nguyên hoặc nếu thuật toán mã hoá hiện thời không được cung cấp bởi BSS. Nếu T101 hết thời gian định thời hoặc nhận được bản tin HND_FAIL, tài nguyêntrong BSS mới sẻ được lấy lại bởi việc gửi bản tin CLR_CMD, cuộc gọi được coi nhưlà tiếp tục trong BSS củ. MSC sẻ gửi bản tin HND_RQD_REJ tới BSS củ để thông tinrằng BSS mới không thể cấp tài nguyên cho chuyển giao. Và nó không được gửi lại vìtimer T7 sẻ được đặt để khi bản tin này được BSS củ nhận sẻ dừng lại và vì vậy bản tinnày chỉ được yêu cầu một lần. Và bản tin này cũng để thông tin về sự thất bại của cuộcchuyển giao.T102 Timer T102 cũng được đặt trong MSC nó đợi cuộc chuyển giao thực tế hoànthành hoặc thất bại. Timer được bắt đầu đếm khi bản tin HND_CMD gửi từ BSS củ(bước 8 trong sơ đồ 3.10). T102 dừng trong 3 trường hợp: - MSC nhận bản tin HND_CMP từ BSS mới chỉ rằng chuyển giao đả hoàn toàn thành công (bước 20 trong 3.10) - MSC nhận bản tin HND_FAIL từ BSS củ có nghĩa rằng MS không thể tới được BSS mới. - MSC nhận bản tin CLR_REQ từ BSS củ bởi vì cuộc gọi bị rớt. Nếu bộ định thời T102 hết, tài nguyên được cấp cho cuộc gọi trong cả BSS củ vàmới được giải phóng và cuộc gọi bị rớt. Nếu bản tin CLR_REQ nhận được từ BSS mới,đồng nghĩa với hậu quả là cuộc gọi sẻ bị rớt. Trong truờng hợp của bản tin HND_FAILcuộc gọi được lấy lại trong BSS củ nếu có thể.3.3 CHI TIẾT CHUYỂN GIAO Trong phần trên đả mô tả thủ tục chuyển giao trong mạng GSM. Trong phần nàysẻ tập trung vào chuyển giao trong cùng MSC, sẻ đi vào chi tiết các thủ tục chuyển giao,bao gồm các bản tin được trao đổi giữa các thực thể có liên quan đến việc chuyển giaotrong mạng. Thứ nhất chúng ta quan sát một cuộc chuyển giao thành công, sau đó chúngta lại mô tả các trường hợp liên quan tới việc xử lý thất bại của chuyển giao trong mạng. Nhận thấy rằng các bản tin trao đổi trong qua trình chuyển giao là thuộc lớp 3 trừ2 bản tin SABM và UA là của lớp 2. Đồng thời trong thủ tục xử lý để loại bỏ lổi nhưviệc mất bản tin nhờ cũng như việc xử lý để tránh treo mạng quá lâu dẫn tới rớt cuộcgọi thì mạng sẻ sử dụng các bộ định thời. (ví dụ: bản tin được truyền lại cho tới khi một 84
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSMđáp ứng được nhận hoặc vượt quá thời gian (time out) ). Những vấn đề này sẻ được làmrỏ trong phần này.3.3.1 Trường hợp thành công Chuyển giao trong cùng MSC xảy ra khi hai cell chuyển giao được điều khiểnbởi cùng một MSC, nhưng với một BSS khác với BSS đang phục vụ một cuộc gọi hiệnthời. Như đả mô tả trước, toàn bộ chuyển giao được khởi tạo bở BSC phục vụ; khinhận bản tin MEAS_RES (MEASurement RESult) thông báo về kết quả đo của MS vàBTS , khi mà BSC nhận thấy chất lượng liên kết của Cell đang phục vụ bé hơn Cell bêncạnh (vượt qua ngưỡng ranh giới giữa hai Cell là khoảng 6M) thì nó quyết định chuyểngiao sẻ được yêu cầu, BSC gửi một bản tin HND_RQD (HaNDover ReQuireD) tới choMSC. Chuyển giao trong cùng MSC có thể được chia thành 4 giai đoạn: Quyết địnhchuyển giao, cấp kênh, thực hiện chuyển giao và lấy lại tài nguyên. Sơ đồ 3.10 minh hoạcả 4 giai đoạn của chuyển giao thành công trong MSC. Mổi bước trong sơ đồ được đánhsố trật tự để thấy được vị trí của chúng trong quá trình chuyền giao.Quyết định chuyển giao Quyết định chuyển giao hay không để thực hiện chuyển giao là được tạo bởiBSC phục vụ từ bản tin MEAS_RES nhận được từ BTS. Khi đả quyết định chuyểngiao,BSC gửi yêu cầu được khởi tạo chuyển giao bởi việc gửi bản tin HND_RQD tớicho MSC. Bản tin MEAS_RES được gửi định kỳ trong suốt thời gian gọi vì việc cậpnhật kết quả đo của MS và BTS là phải thường xuyên. Các bản tin trong sơ đồ 3.6 làgiai đoạn khởi toạ quyết định chuyển giao. Hình 3.6: Các bản tin gửi để BSC quyết định chuyển giao trong cùng MSC 85
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSMCấp kênh Giai đoạn cấp kênh của chuyển giao được quan tâm là việc cấp tài nguyên vôtuyến (cấp kênh) trong BSS mới. Sau khi quá trình khởi tạo đả hoàn thành MSC nhận vàxử lý yêu cầu và MSC gửi một yêu cầu tới cho BSS mới yêu cầu nó cấp một kênh chocuộc gọi với bản tin HND_REQ, và nó sẻ được đáp ứng thừa nhận với bản tinHND_REQ_ACK khi kênh đả hoạt động. Trên thực tế việc phân kênh được thực hiệnbởi bản tin CHAN_ACT của BSC gửi cho BTS và bản tin đáp ứng của BTS là yêu cầuđược chấp nhận và kênh đả được kích hoạt CHAN_ACT_ACK. Các bản tin trong sơ đồ3.7 mô tả thủ tục cấp kênh. Hình 3.7 Giai đoạn cấp kênh trong GSMThực hiện chuyển giao Khi tài nguyên cho cuộc gọi đả được phân trong BSS mới, MS được chỉ dẩn đểtruy cập tới kênh vô tuyến mới. Sau khi MSC nhận được bản tin HND_REQ_ACK mộtđáp ứng của BSS đồng ý và thông báo cho MSC rằng kênh mới đả được kích hoạt bảntin sẻ mang thông tin về kênh mới (kênh mới trên khe thời gian nào và ở tần sốnào)được kích hoạt trong BTS. MSC xử lý và thông báo tới cho BSS củ bằng bản tinHND_CMD, bao gồm thông tin về kênh vô tuyến mới. Bản tin này được gửi chuyển tớicho MS. Sau đó tiếp nhận bản tin HND_CMD, MS cố gắng truy cập kênh mới với bảntin HND_ACC trong khi nó vẩn đang lắng nghe thông tin vật lý từ bản tin PHYS_INFOtừ BSS mới, bao gồm thông tin đồng bộ cho MS. Bản tin HND_ACC là bản tin đặc biệt,và được gọi là cụm truy cập, bản tin này không tồn tại kênh báo hiệu, nó trong suốt tớithẳng BTS mới. Kênh báo hiệu sẻ được cài đặt khi bản tin PHYS_INFO được nhận bởiMS. Để thiết lập một kết nối lớp 2 (LAPDm) thì MS gửi bản tin SABM, là bản tin lớp 2.BTS mới xác nhận một kết nối lớp 2 được thiết lập bằng bản tin UA nó cũng là bản tinlớp 2. Đây cũng là 2 bản tin lớp 2 duy nhất tham gia vào việc chuyển giao. Việc thiếtlập kết nối lớp 2 được BTS thông báo cho BSC với bản tin EST_IND (ESTablishINDication). Khi MS đả nhận bản tin UA, nó thông tin cho mạng rằng chuyển giao đả hoànthành. Nó thực hiện bởi bản tin HDN_COM gửi tới BTS mới, nó cũng là bản tin trongsuôt tới thẳng BTS mới. Sau khi nhận bản tin này BTS mới chuyển nó tới thông báo choBSC để kết thúc chuyển giao với bản tin HND_CMP và được chuyển tiếp tới cho MSC. 86
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSMTại thời điểm này, cuộc gọi được chuyển mạch qua BSS mới. Giai đoạn thực hiệnchuyển giao được mô tả trong sơ đồ 3.8. Hình 3.8: Giai đoạn thực hiện chuyển giao trong cùng MSCLấy lại tài nguyên Khi cuộc gọi được chuyển tới BSS mới, trên thực tế chuyển giao đả hoàn thành,nhưng tài nguyên vô tuyến vẩn bị chiếm trong BSS củ, vì thế cần phải giải phóng nó đểdành cho cuộc gọi khác. Nhận được bản tin thông báo chuyển giao hoàn thành từ BSCmới ngay lập tức MSC gửi bản tin CLR_CMD (CleaR CoMmanD) tới cho BSC củ đểlệnh cho nó ra lệnh cho BTS củ giải phóng tài nguyên vô tuyến đả được cấp trước đócho cuộc gọi với bản tin RF_CHAN_REL (Radio Frequency CHANel RELease). BSCcủ chấp nhận MSC với bản tin CLR_CMD. BTS đáp ứng tới BSC rằng kênh củ đả đượcgiải phóng bằng bản tin RF_CHAN_REL_ACK. Đến đây BSC hoàn thành việc điềukhiển trên BTS và nó đả biết tài nguyên đả được giải phóng và nếu có cuộc gọi khácyêu cầu tới nó thì có thể sử dụng kênh này để cấp cho cuộc gọi đó. Nếu thất bại xãy ratrong BSS, tức là việc giải phóng kênh không thành công thì tài nguyên rỏ ràng sẻkhông dùng được cho cuộc gọi khác. Quá trình lấy lại tài nguyên được minh hoạ trên sơđồ 3.9. Hình 3.9: Thủ tục giải phóng kênh trong chuyển giao GSMHoàn thành chuyển giao trong MSC Toàn bộ quá trình của một cuộc chuyển giao thành công trong cùng MSC đượcmô tả trong sơ đồ 3.10 là tổng hợp toàn bộ 4 quá trình đả trình bày trên. 87
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSM Các ô màu xám trong hình 3.10 là giai đoạn mà cuộc gọi đang thực hiện và cóthể chuyển mạch sang cuộc gọi khác. Trên thực tế cuộc gọi đả được chuyển qua kênhmới khi mà MSC nhận bản tin HND_DET. Chuyển cuộc gọi sớm là nét đặc biệt củamạng GSM, nhưng hầu hết các mạng hiện đại sử dụng cách thức này. Nó thu ngắn lạithời gian xử lý để cuộc gọi chuyển mạch nhanh hơn (thời gian từ lưu lượng dừng lạitrên BSS củ tới khi nó lại tiếp tục trên BSS mới trong lúc chuyển giao. Các nhà quản trịmạng rất quan tâm tới vấn đề này và họ cố gắng rút ngắn thời gian xử lý bởi vỉ lợi íchcủa cả khác hàng lẩn của nhà cung cấp dịch vụ. Phần tiếp theo chúng ta sẻ phân tích mộttrường hợp của chuyển giao trong cùng MSC để thấy rỏ hơn thủ tục chuyển giao. Hình 3.10: Thủ tục chuyển giao thành công trong cùng MSC3.3.2 Trường hợp thất bại Mạng GSM là một hệ thống được phân phối và phân cấp theo tính logic vànhiệm vụ của từng thiết bị trong mạng. Vì thế mà lổi có thể xảy ra ở các giao diện khácnhau hay nói khác là các trường hợp lổi được phân bố khác nhau trong mạng, ví dụ nhumột thiết bị bị thâm nhập hoặc một liên kết giao tiếp bị thất bại. Trong phần này chúngta xem xét một số thất bạị có thể có trong một cuộc chuyển giao trong cùng MSC. 88
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSMMất cuộc gọi Trong khi hay trước mổi lần chuyển giao, cuộc gọi có thể bị mất bởi vì chấtlường liên kết vô tuyến giảm đến một mức nào đó, khi mà nó không thể duy trì liên kếtnửa. Những trường hợp đó mạng hầu như không làm gì được nhiều, nhưng quan trọnglà việc toàn bộ tài nguyên đả được cấp được giải phóng hay chưa. Cuộc gọi có thể mấtsau khi tài nguyên được cấp trong BSS và trước khi cuộc gọi được chuyển mạch. Trongtrường hợp này, tài nguyên sẻ bị lấy lại trong cả BSS mới và cũ.MS thất bại để truy cập vào BSS mới Khi bản tin HND_CMD được gởi tới MS, nó cố gắng truy cập vào BSS mới. MSkhông được đồng bộ thời với BSS mới và do đó không BSS nhận biết được MS khi nóđang lắng nghe bản tin HND_ACC của MS. Giai đoạn đồng bộ này có thể thất bại,trong trường hợp này MS sẻ quay trở lại kênh củ (BSS cũ) và thông báo cho biết việcchuyển giao đả thất bại.Các thiết bị không tương thích Một cuộc chuyển giao thành công BSS cũng chỉ cung cấp như những gi mà BSScũ đả khởi tạo cho cuộc gọi. Nhưng nếu như BSS mới không cung cấp đủ điều kiện đểthực hiện cuộc gọi (ví dụ như thuật toán mật mã được dùng không được cung cấp chẵnghạn) nó sẻ không thể tiếp tục cuộc gọi. Trong trường hợp này, BSS mới sẻ thông báothất bại tới cho MSC.3.3.3 Quay trở lại BSS củ Khi mà MS không thể truy cập được vào kênh mới, nó sẻ cố gắng để trở lại kênhcủ, điều này là hoàn toàn có thể xảy ra do các nhiều lý do khác nhau, ví dụ như sẻ quaylại BTS củ bởi BTS mới thiểu đường dẫn vô tuyến. Quá trình MS quay trở lại BSS củ có thể chia thành các giai đoạn sau: khởi tạo,cấp kênh, bắt đầu thực hiện chuyển giao, rút lui, lấy lại tài nguyên. Hình 3.11 sẻ mô tảquá trình và lý do MS quay lại BSS củ. • Khởi tạo: quá trình khởi tạo chuyển giao là việc BSC củ gửi bản tin HND_RQD tới cho MSC để yêu cầu một cuộc chuyển giao. • Cấp kênh: Cấp kênh bao gồm 4 bản tin: HND_REQ, CHAN_ACT, CHAN_ACT_ACK, và HND_REQ_ACK. Giai đoạn này MSC sẻ yêu cầu BSS mới cấp tài nguyên cho cuộc gọi, và BSS trả lời MSC bằng bản tin HND_REQ_ACK, và nó cũng bao gồm cả bản tin HND_CMD cho MS lệnh chuyển giao. 89
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSM Hình 3.11: Quá trình MS quay trở lại BSS củ • Bắt đầu thực hiện chuyển giao: Chuyển giao sẻ dừng lại khi mà MS nhận thấy không thể truy cập vào kênh mơí biểu hiện bằng việc thời gian định thời của bộ định thời T3124 hết. Trường hợp này bao gồm các bản tin: HND_CMD, DATA_REQ, HND_CMD2, và HND_ACC. • Rút lui: Khi MS thất bại khi truy cập vào kênh mới MS sẻ gửi bản tin HND_FAI trên kênh củ thông báo cho tổng đài biết rằng nó đả chuyển giao thất bại và rằng yêu cầu trở lại kênh củ nếu không có vấn đề gì xảy ra thì cuộc gọi sẻ tiếp tục trên kênh củ. • Giải phóng tài nguyên: Khi nhận được bản tin HND_FAIL từ BSS củ MSC yêu cầu BSS mới giải phóng tài nguyên được cấp. và cuộc gọi lại tiếp tục trong kênh củ. Nhận thấy trong các bản tin trên chúng ta không nhắc tới hai bản tin HND_DETtrên giao diện A và Abis. Những bản tin này được gửi bởi vì BSS mới không nắm đượcthông tin về chuyển giao thất bại. Vì thế mà MSC sẻ thông báo cho BSS mới biết chotới khi mà nhận được bản tin HND_FAI từ BSS củ. 90
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSM3.3.4 Giải phóng cuộc gọi Trong quá trình chuyển giao đường vô tuyến có thể bị mất do sóng quá yếu dẫnđến cuộc gọi là không thể tiếp tục và lúc đó các tài nguyên được cấp trong cả BSS cũ vàBSS mới cần được giải phóng. Quá trình này bao gồm các bước như trong hình 3.12: Hình 3.12: Giải phóng cuộc gọi • Khởi tạo: Quá trình khởi tạo chuyển giao tương tư như các phần đả nêu, BSC cũ gửi bản tin HND_RQD. • Bắt đầu quá trình thực hiện chuyển giao: Quá trình này bao gồm các bản tin: HND_REQ, CHAN_ACT, và CHAN_ACT_ACK. Tài nguyên sẻ được cấp trong BSS mới cho MS để tiến hành chuyển giao. • Mất đường liên kết vô tuyến: Việc mất đường vô tuyến mô hình hoá việc BSS cũ mất kết nối với MS và điều này khởi tạo yêu cầu giải phóng tài nguyên được thực hiện bằng việc gửi bản tin CLR_REQ. • Giải phóng tài nguyên trong BSS cũ: Giai đoạn này thực hiện để đáp ứng bản tin CLR_REQ, bao gồm các bước sau: CLR_CMD, CLR_CMP, RF_CHAN_REL, và RF_CHAN_REL_ACK. Chú ý là BSC cũ xác nhận bản tin CLR_CMD trong cùng bước như việc gửi bản tin RF_CHAN_REL. • Giải phóng tài nguyên trong BSS mới: Khi mà tài nguyên trong BSS cũ đả được giải phóng, cũng là lúc bắt đầu giải phóng tài nguyên trong BSS mới, bao gồm các bước như sau: CLR_CMD, CLR_CMP, RF_CHAN_REL, và RF_CHAN_REL_ACK. Như vậy cuộc gọi đả hoàn toàn được giải phóng Giải phóng cuộc gọi là hoàn toàn thích đáng với việc mất đường liên kết vôtuyến bởi vì lúc này không thể thông tin được cho MS để có thể chuyển giao đến đường 91
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSMvô tuyến mới. Không có một BTS nào kết nối được với MS do đó việc giải phóng cuộcgọi là cần thiết.3.4 ỨNG DỤNG SDL ĐỂ PHÂN TÍCH CHUYỂN GIAO3.4.1 Giới thiệu về SDL Trong viễn thông người ta thường sử dụng các SDL (SpecificationandDescription Language) để mô tả hệ thống của họ. Có thể hiểu SDL là một ngôn ngữ đểmô hình hoá hệ thống một quá trình nào đó, nó cũng có thể hiểu là cách để chúng tadiễn đạt một thuật toán rỏ ràng. Tuy nhiên SDL sử dụng để phân tích trong hệ thốngGSM vẩn chưa hoàn chỉnh và không rỏ ràng. Chưa hoàn chỉnh bởi chỉ thực thể được chỉrỏ trong SDL là MSC. Không rỏ ràng bởi thực thể giao tiếp với MSC còn chưa phân biệtBSS (như BSS cũ hoặc mới và BSS-A hay BSS-B). Sử dụng mô hình SDL mục đích làphân tích định dạng của mô hình thiết kế về chuyển giao bên trong cùng một MSC vàhướng tới sử dụng CPN. Để thảo luận về các SDL, chúng ta cần biết qua về cú pháp và ngữ nghĩa của nó,ở đây chỉ đề cập đến các phần mà được sử dụng để phân tích giao thức chuyển giao.Một SDL được miêu tả theo một hệ thống đường đồ thị, có các trạng thái, các chứcnăng, các sự lựa chọn, mối liên hệ bên trong các trang, và trao đổi bản tin. Giữa các kýhiệu đồ thị là các đường, chúng luôn được đánh mủi tên. Hình là các ký hiệu SDL cơbản. Hình 3.13: Các ký hiệu SDL được sử dụng , (a) trạng thái, (b) bộ lựa chọn, (c) chức năng, (d) liên hệ bên trong các trang, (e) nhận bản tin, (f) gửi bản tin. Mổi SDL có một trạng thái khởi tạo, điển hình được đặt trên cùng của biểu đồ.Các chức năng được sử dụng để miêu tả các quá trình bên trong phía ngoài sự giaotiếp.Các khối lựa chọn là khối các trường hợp (có hai hoặc nhiều hơn các đầu ra). Cácmối liên hệ bên trong các trang được sử dụng khi tiếp theo các phần khác của một biểuđồ. Các bản tin sẻ được gửi tới bên ngoài tiến trình, ví dụ như người sử dụng hoặc cácthiết bị khác được bày tở bởi việc gửi bản tin với ký hiệu nhận bản tin và việc nhận bảntin bởi ký hiệu nhận bản tin. 92
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSM Phần lớn các bước trong SDLs đả thảo luận trong các phần trước rồi, chúng ta sẻkhông nói lại nữa. Phần này mang một sự tổng quan và phác hoạ một vài cái nhìn trừutượng hơn về quá trình chuyển giao trong cùng MSC.3.4.2 Phân tích các trường hợp chuyển giao Điều kiện bắt đầu của thủ tục chuyển giao là cuộc gọi đang xảy ra được chuyểngiao bởi BSS củ, cái mà sẻ chuyển giao tới BSS mới, trạng thái khởi tạo của sơ đồ 3.14athừa nhận cuộc gọi đang xảy ra trong BSS củ. Hình 3.14 a: Ngôn ngữ SDL mô tả hoạt động của MSC trong khi chuyển giao trong cùng MSC của mạng GSM Cuộc gọi đang diển ra ở BSS củ thì MSC quản lý nhận được bản tin HND_RQDyêu cầu một cuộc chuyển giao từ BSC củ. MSC nhận biết được chưa nếu biết rồi thìxem xem chuyển giao được phép đến Cell nào, ở đây cụ thể là BSS nào ? Khi đả xácđịnh được BSS mới rồi thì xem tài nguyên trên BSS như thế nào. Nếu có MSC gửi bảntin HND_REQ tới cho BSS mới đó để yêu cầu một cuộc chuyển giao sang Cell mà nóđang quản lý. Lúc này timer T101 sẻ được khởi động và đợi cho tới khi mà có đáp ứngtừ BSS mới là kênh đả được kích hoạt. Như vậy ở trong sơ đồ 3.14a đả nhận thấy haithiếu sót. Thứ nhất bỏ sót trường hợp nếu như bên bị gọi giải phóng cuộc gọi thì sao ?.Call Release có nghĩa là cuộc gọi kết thúc trước khi chuyển giao được khởi tạo. Thứ 2là bỏ sót hậu quả của sự lựa chọn nếu như đả xác định đả chọn thì liệu BSS mới có khảnăng cấp kênh hay không, nếu không có thì thế nào. Trường hợp mổi một bên của nhómgọi bị treo hay bị mất đường truyền vô tuyến thì thế nào ?. Trong cả hai trường hợpchuyển giao không được khởi tạo và không báo hiệu đối với chuyển giao đả xảy ra. Lýdo cho việc bỏ sót hầu hết hậu quả của sự lựa chọn, có thể hiểu rằng đây là chuyển giaotrong MSC và nó điều khiển cuộc gọi cũng như điều khiển BSS mới, được phép chuyển 93
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSMgiao là tới cell mới. MSC biết được BSS và tài nguyên có thể có để cho chuyển giao vìnó quản lý các BSS này. Hình 3.14b: Ngôn ngữ SDL mô tả hoạt động của MSC trong lúc chuyển giao trong cùng MSC SDL trên hình 3.14b khởi đầu nơi mà MSC đợi BSS mới cấp tài nguyên chochuyển giao. 3 kết quả có thể xảy ra trong trường hợp này: trường hợp thành công (bêntrái), quay về BSS củ (ở dữa), cuối cùng là mất cuộc gọi (bên phải). Trường hợp thànhcông bao gồm một vài chức năng chưa được đề cập tới trước đó: Queue Messages forMS và Set Up Handover Device. Queue Messages for MS là một chức năng cho bản tinqueueing trong khi không liên kết báo hiệu đưa tới MS. Chức năng của Set UpHandover Device là một chức năng bên trong MSC cho chuyển mạch cuộc gọi tới BSSmới. Chúng ta thừa nhận rằng MSC có thể thực hiện chuyển mạch cuộc gọi. Khi thờigian định thời T101 hết MSC sẻ gửi thông báo tới mạng rằng kênh cuộc gọi bị xoá trongBSS mới và ở đây mạng sẻ không có gắng để thực hiện lại chuyển giao lần nữa nếu nhưlần thứ nhất bị thất bại. Trường hợp này nếu như cuộc gọi không bị xoá thì cuộc gọi lạitiếp tục trong BSS củ. Một trường hợp khác nếu như MSC nhận bản tin CLR_REQ thìnó sẻ gửi bản tin Call Release tới mạng và thông báo rằng tài nguyên trong BSS củ đảgiải phóng và kênh cuộc gọi trong BSS mới cũng bị xoá điều này đồng nghĩa với việccuộc gọi sẻ mất và MSC ở trạng thái nhàn rổi. 94
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSM Hình 3.14c Ngôn ngữ SDL mô tả hoạt động của MSC trong lúc chuyển giao trong cùng MSC Sơ đồ 3.14c SDL này là tiếp theo cho trường hợp cấp kênh thành công trong BSSmới ở SDL trước. Và khởi đầu ở trạng thái đợi để MS truy cập tới BSS mới. Ở trạngthái này cũng có 3 trường hợp có thể xảy ra. 2 trường hợp đầu (bên trái và ở giữa) làtrường hợp truy cập thành công khi MSC nhận được bản tin HND_DET từ BSS mới làkênh mới yêu cầu đả được kích hoạt. Trong 2 trường hợp này một là chuyển mạch sớm(bên trái) và tiếp theo bản tin HND_CMP hoàn thành chuyển giao, chuyển giao muộn (ởgiữa). Chức năng Forward queued messages for MS via New BSS là nơi mà các bản tinnối đuôi nhau lần lượt tới MS thông qua BSS mới trong khi mà liên kết báo hiệu khôngthể. tiếp sau (bên phải) thể hiện trường hợp MS không thể truy cập BSS mới và do đóquay trở lại BSS củ và thông báo tới mạng rằng chuyển giao là thất bại. Dưới đây là tómtắt sự giao tiếp thông qua BSS củ và sự lấy lại toàn bộ tài nguyên được cấp cho chuyểngiao, cả BSS mới và các thiết bị bên trong liên quan đến chuyển giao. SDL sau (hình 3.14d) thể hiên những kết quả còn lại của trạng thái Wait foraccess by MS on New BSS. Kết quả thứ nhất (bên trái) thể hiện rằng BSS mới không thểtiếp tục sự chuyển giao và do đó gửi bản tin CLR_REQ. Trong trường hợp này MS cóthể hoàn toàn quay trở lại BSS củ. Hai kết quả còn lại là BSS củ mất kết nối bởi vì cácbộ định thời T3103 đả hết thời gian định thời (ở giữa) và T102 (phải) được biểu hiệnsớm hơn. Sự lựa chọn Wait for MS on New BSS chỉ có thể lựa chọn không chừng mực.Sự lựa chọn này là khởi đầu cho tính nhập nhằng mơ hồ trong sự giới thiệu. Bộ timerT3103 hết sẻ giải phóng cuộc gọi nhưng SDL cho phép BSS mới đợi MS truy cập tớinó. 95
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSM Một trường hợp bên trái, giải phóng cuộc gọi từ mạng, sự duy trì cuộc gọi là kếtthúc bởi vì nhóm gọi đả gác máy. Thông tin này sẻ liên tục tới MS bởi vì tại thời điểmnày liên kết báo hiệu sẻ bị mất. Chuyển giao chỉ hoàn thành hoặc hoàn toàn quay trở lạiđể thông tin rằng MS đả kết thúc cuộc gọi. Kết quả của sự việc này không bao gồmtrong chuyển giao và do đó được đặt ngoài bên trái. Hình 3.14d: Ngôn ngữ SDL mô tả hoạt động của MSC trong lú chuyển giao trong cùng MSC Thông qua các phần trên này chúng ta biết về thủ tục và các bản tin đả trao đổitrong một cuộc chuyển giao trong cùng MSC một cách chi tiết. Tiếp theo sẻ dựa trênnền SDL để thiết kế một mô hình chuyển giao sát với hệ thống thực3.5 THIẾT KẾ MÔ HÌNH3.5.1 Thiết kế mô hình tổng quát Như đả nói trước mục đích của chúng ta là hiểu và giải thích được chuyển giaotrong cùng MSC được thực hiện như thế nào trong hệ thống GSM. Để đạt được điềunày chúng ta cần lựa chọn để phân tích và để bao quát được toàn bộ thì chúng ta đảchọn mô hình chuyển giao với một MSC với 2 BSS được kết nối. Mỗi BSS bao gồmmột BSC và một BTS và một MS di chuyển giữa hai vùng trong lúc đang thực hiệncuộc gọi (hình 3.15). Trong mô hình này thì vai trò của MSC là quan trọng, nó là nơi 96
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSMquyết định có thực hiện chuyển giao hay không và yêu cầu được tạo ra từ BSC củ. Ởđây chúng ta không cần quan tâm tới thuật toán để quyết định thực hiện chuyển giao bởinó nằm ngoài mục tiêu của khoá luận. Các BSS trong mô hình đảm nhiệm một chứcnăng: BSS củ chỉ đảm nhận chức năng chuyển giao cuộc gọi và BSS mới đảm nhận việcnhận cuộc gọi chuyển giao qua. Thực ra là sự phân biệt như vậy là để dể hiểu và cũngchỉ để dùng cho một cuộc chuyển giao, còn trên thực tế thì 2 hệ thông BSS là nganghàng và nhiệm vụ của chúng không được phân biệt như vậy. Hình 3.15: Các thực thể trong mô hình3.5.2 Các bản tin Trong mạng GSM, gói dữ liệu thực tế bao gồm rất nhiều thông tin cần thiết chomạng. Hầu hết các thông tin này không liên quan tới quá trình chuyển giao và do đó nósẻ không được nói tới ở đây. Trong phần này chúng ta sẻ thảo luận về mô hình của cácbản tin. Xung quanh vấn đề thảo luận là để thiết kế một bản tin chung và sau đó sẻ đivào từng giao diện. Bắt đầu là giao diện A, tiếp theo là giao diện Abis và cuối cùng làgiao diện Air. Việc thiết kế bản tin đầu tiên là phải phù hợp gần với hệ thống thực vì thếnó phải đầy đủ các trường và chưc năng của các bit trong đó.Giao diện A Bản tin trên giao diện A là một trong hai bản tin DTAP hoặc BSSMAP nằm lẩngiữa bản tin SCCP, điều này đả được miêu tả trong chương 2. Sự thật thì SCCP nằm lẩncả lớp 3 và 4. Khi bản tin DTAP và BSSMAP xây dựng trên SCCP nó là bản tin lớp 3.Các bố trí các bản tin BSSMAP và DTAP được mô tả trên hình 3.16. 97
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSM Hình 3.16: Bản tin BSSMAP và DTAP trên giao diện A Phần đầu được đặt cố định để phân biệt loại bản tin BSSMAP hay DTAP. DTAPđược truyền trong suôt qua BSS và do đó không bao gồm nhiều kiểu bản tin có thể thấyở liên kết này, bản tin cho MS là một phần dữ liệu. Trong trường hợp BSSMAP bit thứ8 của phần dữ liệu bao gồm trường kiểu bản tin. Khai báo color cho bản tin giao diện A như sau: Bản tin thứ nhất được thảo luận ở đây là HND_DET2, nó là bản tin HND_DETtrên giao diện A, thêm hậu tố 2 bởi vì nó là giao diện thứ 2 mà nó tới. Hai bản tin baogồm một AirMsg như là dữ liệu tải trọng (HND_REQ_ACK và HND_CMD); cả haibản tin đều chứa đựng bản tin HND_CMD gửi cho MS. JHND_RQD và HND_REQcũng mang dữ liệu tải trọng nó không được nói tới ở đây vì không có nhiều chi tiết liênquan tới quá trình chuyển giao.Giao diện Abis Trên giao diện Abis bản tin lớp 3 được thể hiện trên hình 3.17. Hầu hết cáctrường của bản tin phần đầu không liên quan tới chuyển giao và do đó nó sẻ không đượcthảo luận ở đây. 8 bit trường phân biệt bản tin, nó liên quan tới việc định tuyến bản tinbên trong BSS cho những phần đảm nhiệm cho mỗi dịch vụ. 8 bit trường kiểu bản tinđây là trường quan trọng nhất, nó chỉ rỏ bản tin nào đang gửi, ví dụ HND_DET trườngnày có giá trị là 27hex. 98
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSM Hình 3.17: bản tin lớp 3 trên giao diện Abis Khai báo color cho bản tin giao diện Abis như sau: Hai bản tin: DATA_REQ và DATA_IND là hoàn toàn mới lạ, mục đích củachúng là nhấn mạnh dữ liệu truyền trong suốt qua BSS giữa MSC và MS, ví dụ bản tinHND_CMD cho MS được tạo ra bởi BSS. DATA_REQ được sử dụng khi BSC muốngửi dữ liệu tới cho MS; DATA_IND là gửi từ BTS tới BSC để cho biết rằng bản tin đảđược nhận bởi MS. Phần dữ liệu tải trọng của hai bản tin cũng thể hiện rằng chúng vậnchuyển bản tin giao diện Air. Các phần còn lại không mang dữ liệu tải trọng nên khôngđược nói tới ở đây.Giao diện Air Bản tin lớp 3 của giao diện Air được mô tả trong hình 3.16, nó bao gồm 3 phần:trường kiểu ID, trường kiểu bản tin và trường dữ liệu. Trường kiểu ID và trường kiểubản tin là phần đầu của bản tin. Chúng ta quan sát 6 bit trường kiểu bản tin mà dùng đểphân biệt bản tin giao diện Air từ các thực thể khác nhau của mạng. Ví dụ bản tin 99
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSMHND_CMD gửi từ BTS tới MS thì trường này có giá trị 2Bhex trong trường kiểu.Trong phần dữ liệu thực của bản tin Air dữ liệu được thể hiện từng chuổi bit phức tạp.Tiếp theo là trường dữ liệu tải trọng kiểu dữ liệu union là kiểu cần thiết cho dữ liệutrường này. Hình 3.18: Bản tin lớp 3 trong giao diện Air Khai báo color cho bản tin Air như sau: Một sự quyết định quan trọng đối với 2 bản tin lớp 2 trong khai báo color(SABM và UA), đây là hai bản lớp 2 duy nhất liên quan tới quá trình chuyển giao. Phầndữ liệu tải trọng của bản tin này được miêu tả ở trên, chúng ta chú ý tới HND_CMD2 làbản tin HND_CMD mà qua giao diện thứ 2 mà bao gồm tồn tại của BTS tới chuyểngiao.3.6 MÔ TẢ VỀ MÔ HÌNH CPN Phần này chúng ta sẻ mô tả về mô hình CPN theo chức năng chuyển giao trongGSM. Bắt đầu với việc mô tả về khía cạnh của mô hình, bao gồm: sự phân loại cácplace và chuyển tiếp, trạng thái khởi tạo, quy ước đặt tên, thêm vào đó là mô hình củacác bộ định thời GSM và các phần đặt thêm. Sau khía cạnh chung sẻ đi phân tích cáctrang riêng. Tiếp theo ta sẻ đi thảo luận về cấu trúc của mạng, bắt đầu với MSC tiếptheo là tới BSC, BTS và cuối cùng là MS. 100
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSM3.6.1 Khía cạnh của mô hình Trong phần này sẻ mô tả về các sự lựa chọn về quy ước mô hình hoá trong toànbộ mô hình CPN.Sự phân loại các places: Trong mô hình này có các vai trò khác nhau của các place vàđược phân loại theo các phần sau: trạng thái thực thể, trao đổi bản tin, và các place càiđặt. Các quy ước về một số cách bố trí, thể hiện trên hình 3.19. Các place trạng thái thực thể mô hình hoá trạng thái của một đơn thực thể và baogồm trong toàn bộ một thẻ bài. Gần như toàn bộ các places trạng thái thực thể đều cóColor set E điều đó có nghĩa là không có dữ liệu cần để miêu tả trạng thái của thiết bị,chỉ duy nhất vị trí của trạng thái thẻ bài. Place trao đổi bản tin được sử dụng để trao đổi bản tin giữa các thực thể có liênquan. Ví dụ như MSC và BSC. Các place này có hầu hết color set. Chúng mô hình hoácác bản tin khác nhau được trao đổi trên các giao diện đặc trưng. Ở đây mô hình hoá vịtrí các bản tin trao đổi với nhiều kiểu thay vì việc mô tả liên tiếp các bản tin. Lợi ích củaphương pháp này là bản tin có thể chuyển qua lại giữa các thực thể khác nhau để có thểưu tiên các bản tin đến theo cách chúng muốn. Hình 3.19: Cách bố trí các places; a- trạng thái thực thể với đường viền gạch đứt; b-Trao đổi bản tin với đường viền kín; c-Cài đặt hiện hành được tô màu xám Loại place cuối cùng là place cài đặt. Hầu hết các places cài đặt được cần để tạora các bản tin trao đổi liên tục bởi vì một vài thực thể đả tham gia mô hình hoá đầy đủ,ví dụ sử dụng cùng một trang con do đó chúng ta cần cung cấp nhận dạng các thực thể,để có thể phân biệt chúng dựa trên trang con. Trong sơ đồ các vị trí này sẻ được tô mầuxám từ khi mà chúng không ảnh hưởng bản chất logic đả đựơc mô hình hoá. Nhữngloại này sẻ được sử dụng miêu tả các trang để cho ta hiểu hơn về ý nghĩa của các place.Phân loại chuyển tiếp (quá độ): Trong mô hình này có hai loại chuyển tiếp được phânbiệt bởi sự hoạt động đó là: trao đổi bản tin và timeout (hết thời gian định thời). 101
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSMHình 3.20: Cách trình bày của sự chuyển tiếp; a-trao đổi bản tin với đường viền liền, và b-timeout với đường viền nét đứt. Sự chuyển tiếp trao đổi bản tin được mô hình hoá góp phần vào trong việc traođổi bản tin. Chúng yêu cầu bản tin đặc trưng từ các thực thể khác để được phép. Sự xảyra của chúng làm thay đổi trạng thái của thực thể. Thỉnh thoảng chúng cũng gửi bản tintới thiết bị khác. Timer out là có thể xảy ra nếu như vượt quá thời gian chờ đợi của một thực thểmà không được đáp ứng khi đó bộ định thời vẩn hoạt động đến một giá trị tối đa đượcđặt trước để tránh gây nghẽn mạng do chờ đợi trong một kỳ chuyển giao.Sự chuyển tiếp thay thế: Sự chuyển tiếp thay thế là một nét đặc trưng của thiết kế/CPNmà được thực hiện phân tách trên các phần của mô hình tới các trang riêng biệt. Chúngta sử dụng cơ cấu để phân chia các kết quả có thể của chuyển giao để có thể hiểu đầy đủđược các phần, từ một vài thứ mà được dùng lại trong các trang riêng biệt. Hình 3.21: Sự chuyển tiếp thay thế được tô mầu đen hình chữ nhậtQuy ước đặt tên: Ở đây sẻ sử dụng một vài quy ước đặt tên trong mô hình. Sự chuyểntiếp liên quan tới việc gửi và nhận các bản tin được đặt tên bởi các chữ viết tắt của cácbản tin đả sử dụng trong chương trước và hoạt động được thực hiện, ví dụrecCLR_CMD có ý nghĩa là nhận bản tin CLR_CMD. Các place đả được đề cập trước đây, được chia thành 3 loại, việc quy ước đặt tênchúng theo loại của chúng. Place trạng thái thực thể là cách gọi đặc trưng của một vàiquy ước như là WaitForHND_CMD, khi mà chúng ta mong chờ một bản tinHND_CMD. Place trao đổi bản tin được đặt tên bởi giao diện, phương diện của chúngvà tiền tố ‘old’ hoặc ‘new’ mổi khi mà trình bày chưa rỏ. Ví dụ như là AbisRX ý nghĩalà giao diện Abis và place là cho quá trình nhận, còn nếu là TX có nghĩa là quá trìnhtruyền. Place cài đặt dữ nhận dạng thông tin và do đó được thêm tiền tố là ID.Cách bố trí các trang: Hầu hết các trang trong mô hình này xây dựng trên cách bố trítương đương nhau, cho một cấu trúc hợp lý. Phía trên cùng và phía dưới cùng của cáctrang thường bao gồm các place trao đổi bản tin. Chủ yếu các giao diện giao tiếp được 102
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSMmô hình hoá bởi cả đường lên và đường xuống, ngoại trừ giao diện Air, nó chỉ bao gồmmột vị trí giao tiếp. Giữa các trang là các giao thức đi kèm. Các thẻ bài trạng thái truyền bá thông quamô hình từ trái sang phải với chỉ một ít ngoại trừ, những điều này sẻ được che chở khichúng tới gần. Phần chính cho thấy trường hợp chuyển giao thành công và khi có cáchoạt động luân phiên từ một trạng thái. Cách mà sự chuyển tiếp thay thế được đặt và được đo thể hiện vị trí của chúngtrong luồng giao thức. Hãy hình dung rằng một đường thời gian theo phương ngang đitừ bên trái sang bên phải của các trang. Sự chuyển tiếp thay thế được đặt trên đườngthời gian này từ những cái của chúng mà có liên quan tới trạng thái bắt đầu, trongkhoảng thời gian và kết thúc có thể được đọc.Color sets: Place trạng thái thực thể được mô hình hoá bởi color E, mà được sử dụng đểmô hình hoá một thẻ bài không có nhiều thông tin ngoài thêm vào. Color set của placetrao đổi bản tin mô hình hoá các bản tin chúng ta trao đổi trên các giao diện, như đả nóitới ở phần trước. Color set của place cài đặt là Entityld mà được sắp xếp qua các kiểu cóthể của các thực thể và được sử dụng để phân biệt các thực thể khác nhau các trang conđược chia sẻ. Các thành phần của color set phía trên cũng được trình diện. Một ví dụ làcolor set MsgldxAbisMsg, mà là một sự cấu thành từ 2 color set: Msgld và AbisMsg.Phần Msgld được sử dụng trong khoảng cách giữa các bản tin trao đổi liên tục vàAbisMsg sắp xếp trên các bản tin có thể trên các giao diện.Trạng thái khởi tạo: Mô hình được khởi tạo với MS có một cuộc gọi đang diễn ra.Trong thời gian gọi, báo cáo kết quả đo gửi đến cho BSC phục vụ (BSC cũ) cho biếtrằng một cuộc chuyển giao tới một ô do một BSS khác phục vụ (BSC mới) được yêucầu. Chỉ cho phép truyền trong trạng thái khởi tạo từ sendHND_RQD. Sau khi xãy ramột bản tin HND_RQD gửi tới cho MSC phục vụ. Sự khởi tạo này được thực hiện trongmô hình. Trạng thái khởi tạo của mô hình giống với cuộc gọi đầu tiên đang diễn ra trongBSS củ từ SDL trong hình 3.14.3.6.2 Các trang CPN Bây giờ chúng ta sẻ đi vào chi tiết mô hình các trang riêng trong hệ thống GSM,là các thực thể có liên quan trong chuyển giao trong cùng MSC như: MSC, BSC cũ,BSC mới, BTS cũ, BTS mới và MS; đây là toàn bộ các trang con được mô hình hoá ởcác phần sau. Các tiền tố được thêm vào để chỉ rỏ vai trò của hai thực thể cùng tên; vídụ như BTS cũ là BTS khởi toạ phục vụ cuộc gọi. Hình 3.22 thể hiện trang GSM. 103
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSMTruyền thông giữa các thực thể: Truyền thông giữa các thực thể trong mạng được môhình hoá theo hai cách khác nhau. Chúng ta có một giải pháp port-socket để tách rời cácthực thể trong trang nhỏ cho toàn bộ các giao diện truyền thông. Kết nối được đặt cốđịnh với cable ngoại trừ giao diện Air. Chúng ta có hai vị trí: một cho đường lên và mộtcho đường xuống. Chúng ta chọn giải pháp này để tạo ra một hướng đi cho các bản tinmột cách rỏ ràng hơn. Các vị trí liên quan trong kết nối này là: A Downlink, A Uplink,Abis Downlink và Abis Uplink. Truyền thông qua giao diện Air được mô hình bởi một vị trí gọi là Air. Ví dụ nhưchúng ta không thể tách rời đường truyền uplink và downlink. Lý do là truyền thônggiữa các MS và các BTS là không giây do đó ảnh hưởng của nhiều có thể làm mất đibản tin là có thể. Hình 3.22: Các trang GSM Vị trí các giao diện trong trang này mô tả quy ước của chúng ta về vị trí các giaodiện trong các trang nhỏ. Hình 3.22 mô tả các trang GSM.MSC Trang MSC mô hình hoá chức năng chuyển giao được đặt tại MSC. Hầu hết cácchức năng được mô hình đả được bổ sung trên 3 trang con của trang này. Sự chia cắtcác chức năng tạo ra trên các kết quả có thể của chuyển giao: HandoverPossible,FallBackToOldBSS và ReleaseCallNecessary. Trang bao gồm các giao diện tới hai BSCở dưới cùng. Hậu tố Oll và New chỉ ra vai trò của các BSC được kết nối. Ba trang bênphải: HandoverSuccess, FallBack và CallRelease, chỉ ra kết quả của chuyển giao từđiểm nhìn của MSC. 104
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSM Hai vị trí trong trang là WaitChanAlloc T101running và WaitMSAccessT102running, là các trạng thái được chọn lọc trực tiếp từ miêu tả của MSC, đó là cáctrạng thái chủ yếu. Từ các SDL trong hình 3.14 chỉ ra các giai đoạn của chuyển giaonhư: cấp kênh và đợi cho MS truy cập tới BSS mới. Sự chuyển tiếp thực tế chỉ trên trang MSC là recHND_RQD, sendHNDREQ màkhởi tạo vai trò của MS trong chuyển giao. Nó được phép khi MSC nhận bản tinHND_RQD từ BSS cũ. Khi điều này xảy ra nó sẻ gửi bản tin HND_REQ tới cho BSSmới. Hai bản tin là sự góp phần của MSC tới bản tin 3 và 4 trong hình 3.10. Hình 3.23: Trang MSC Trong ba phần tiếp theo chúng ta sẻ mô tả chi tiết hơn về các trang con:HandoverPosible, FallBackToOldBSS và ReleaseCallNecessary.HandoverPosible Trang HandoverPosible mô hình các trường hợp mà chuyển giao chỉ có thể từđiểm nhìn của MSC. Ta theo sự quy ước từ trang MSC với các giao diện tới các BSS ởdưới, chỉ ra rằng chúng ta chỉ có thể nhận các bản tin trên giao diện mới, được miêu tảbằng việc để trống không nối tới ARX củ. 4 vị trí khác T101started, T102started,HND_CMPrec, CLR_CMDsent(A) và CallProgress(B) và toàn bộ place trạng thái thựcthể, bắt tiến tới chuyển giao trong việc cố gắng để chuyển giao thành công. Chỉ ra rằngT102started là một vị trí cổng vào hoặc ra. 105
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSM Hình 3.24: Trang HandoverPosible Toàn bộ sự chuyển tiếp trong trang ngoại trừ recHND_DET, tạo ra trạng thái cácsự thay đổi bởi việc di chuyển của các trạng thái thẻ bài tới các place trạng thái thực thểkhác. Lý do là recHND_DET không biến đổi trạng thái của thực thể, được mô hình hoábởi các thẻ bài trạng thái quay lại trạng thái đầu vào tiếp theo sau phần thảo luận vềchuyển mạch sớm và muộn. Mô hình này thực hiện cả chuyển mạch sớm lẩn muộn bởivì MSC không đòi hỏi nhận bản tin HND_DET trước khi nhận bản tin HND_CMP.FallBackToOldBSS Kết quả có thể thứ hai của chuyển giao là cuộc gọi có thể quay trở lại BSS cũ vàtiếp tục như chưa có vấn đề gì xảy ra, điều này đả được mô hình hoá trên trangFallBackToOldBSS. Chúng ta có các giao diện truyền thông ở phần dưới cùng củatrang. Trên phần đỉnh chúng ta có các trạng thái thực thể như sau: WaitChanAllocT101running và WaitMSAccess T102running. Hai sự chuyển tiếp T101TimeoutsendCLR_CMD và recHND_FAIL sendCLR_CMD là hành động có thể để khởi tạo sựquay trở lại hoàn toàn. Trong cả hai kết quả đều gửi bản tin CLR_CMD tới cho BSCmới. Viển cảnh kết thúc vởi việc nhận bản tin CLR_CMP và cuộc gọi đựơc tiếp tụctrong BSS cũ. Hình 3.25: Trang FallBackToOldBSSReleaseCallNecessary 106
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSM Kết quả cuối cùng có thể của chuyển giao là chúng ta phải giải phóng cuộc gọi vìhết tài nguyên vô tuyến để cấp cho cuộc gọi cần chuyển giao. Các giao diện truyềnthông được đặt tại phần đáy của trang. Phần trên đỉnh chúng ta dùng để mô hình vị trícác trạng thái thực thể. Hai sự chuyển tiếp recCLR_REQ sendCLR_CMD vàT102Timeout sendCLR_CMD được thể hiện ở các sự việc hướng dẫn hoàn thành giảiphóng cuộc gọi. Cả hai sự kiện sẻ khởi tạo sự giải phóng với bản tin CLR_CMD tới choBSS cũ. Sự chuyển tiếp thay thế Release All Resource kết thúc giải phóng trong BSSmới và cuộc gọi đả được giải phóng, khi một thẻ bài được đặt trên CallReleased. Trangđược thể hiện trên hình 3.26. Hình 3.26: Trang ReleaseCallNecssaryReleaseAllResources Trang này mô hình hoá giải phóng tài nguyên trong cả hai BSS. Nó giải phóngcác tài nguyên liên tiếp sau sự bắt đâu với BSS củ. Hình 3.27: Trang ReleaseAllResourcesOld BSC Trang OldBSC phối hợp với các vấn đề bao hàm của BSC củ trong chuyển giao.Tồn tại hai trạng thái: WaitForHND_CMD và WaitForCLR_CMD, giữa những sựchuyển tiếp thay thế sử dụng các trạng thái mà được chia sẻ giữa các trang. Mục đíchđặc trưng của chúng trong viễn cảnh được giải thích trên các trang. 107
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSM Hình 3.28: Trang BSC củSuccessfulOldBSC Trang SuccessfulOldBSC mô hình hoá bao gồm BSC củ trong cuộc chuyển giaothành công. Theo hướng thẳng và được mô tả bởi các đường vòng cung dày đặc.Chuyển tiếp bản tin sendHND_RQD khởi tạo chuyển giao và chỉ phép chuyển tiếp trongtrạng thái khởi tạo. Trang này được biểu diễn trên hình 3.29. Hình 3.29: Trang SuccessfulOldBSCReleaseResourcesBSC Trang ReleaseResourcesBSC được phân phối giữa BSS mới và cũ và được cốgắng để cấp lại trong các trang con này. Tính logic của việc giải phóng là đơn giản hơnvà được mô hình sự bao hàm của BSC trong bản tin thứ 22, 23 và 24 trong hình 3.10. 108
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSM Hình 3.30: Trang ReleaseResourcesBSCAbnormalCasesOldBSC Trang con AbnormalCasesOldBSC mô hình hoá toàn bộ các trường hợp khácthường của chuyền giao bên trong BSC củ. Các trường hợp này mất đường vô tuyến tớiMS, và nhận bản tin HND_FAI từ MS và bộ định thời T3103 hết thời gian định thời.Việc mất điều kiện đường truyền vô tuyến được mô hình hoá trên trang con Loss OfRadio Path và timeout được mô hình hoá trên trang TimeoutT3103. Việc nhận ra chuyểngiao thất bại được mô hình hoá bởi sự chuyển tiếp recHND_FAI sendHND_FAIL. Hình 3.31: Trang AbnormalCasesOldBSCTimeoutT3103 Trang TimeoutT3103 là một trang con của trang AbnormalCasesOldBSC và môhình hoá timeout của trang, bộ định thời T3103 đả được mô tả trong phần trước.Timeout có thể xảy ra khi BSC củ đợi bản tin CLR_CMD từ MSC. Khi bộ định thời 109
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSMT3103 hết thời gian định thời tài nguyên đả cấp sẻ được giải phóng. Điều này được môhình hoá trong trang ReleaseResourcesBSC (đặc trưng bởi sự chuyển tiếp thay thếRelease Resources). Như được miêu tả ở phần trước, BSC đả thực hiện giải phóng tàinguyên của nó khi mà bản tin CLR_REQ được gửi tới MSC nhưng chúng ta chọn đợicho bản tin CLR_CMD đến từ MSC trước việc giải phóng tài nguyên. Với lý do này màviệc dùng lại trang ReleaseResourcesBSC khi chúng ta đợi bản tin CLR_CMD, sự giảiphóng đồng nhất với được khởi tạo bởi MSC. Tuy nhiên sự lựa chọn của chúng ta phùhợp với sự giới thiệu bởi vì chúng ta nói nó được phép bắt đầu sự giải phóng trước khinhận bản tin CLR_CMD nhưng không cần thiết. Hình 3.32: Trang TimeoutT3103 Vị trí trạng thái tồn tại TimedOut được sử dụng lưu trạng thái của BSCkhi sự mô phỏng hoàn thành để xem kỹ các kết quả.LossOfRadioPath Hình 3.33: Trang LossOfRadioPath 110
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSM Trang LossOfRadioPath giống hệt như trang TimeoutT3103. Một sự khác biệtnhỏ là chúng không lưu trạng thái thiết bị trên một vị trí trạng thái thực thể riêng biệt.Sự chuyển tiếp RadioPathLost sendCLR_REQ được trình bày như nó là một sự chuyểntiếp timeout, nhưng nó cũng là một sự chuyển tiếp chuyển đổi bản tin. Chúng ta chọncách trình bày timeout để làm rỏ rằng xử lý chuyển tiếp là trạng thái không xãy ra.NewBSC Hình 3.34: Trang NewBSC Trang NewBSC mô hình hoá hoạt động của BSC mới trong khi chuyển giao bêntrong MSC. Giao diện với MSC (giao diện A) được đặt trên cùng của trang và giao diệnvới BSC (giao diện Abis) được đặt dưới cùng của trang. Sự chuyển tiếp thay thế rộngphía dưới giao diện A, trường hợp thành công, mô hình hoá chuyển giao thành công.Trong khi chuyển giao, một sự thất bại hay timeout trong cả MSC và BSS củ có thể xảyra. Cũng như sự thất bại được trình bày ở BSS mới bởi MSC để nó giải phóng tàinguyên của nó với một bản tin CLR_CMD. Xử lý sự thất bại đựơc mô hình hoá bởi sựchuyển tiếp thay thế Release Ressources, đựơc nói tới ở trang ReleaseResourcesBSC. Nếu MS thất bại tới việc đồng bộ với BSS mới (hết thời gian định thời Ny1 củabộ định thời T3105), BTS mới gửi một bản tin CONN_FAIL tới cho BSC mới. BSCmới khởi tạo sự giải phóng tài nguyên của nó và đợi sự xác nhận từ MSC. Điều này 111
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSMđược mô hình hoá ở phần dưới cùng của hai trang recCONN_FAIL sendCLR_REQ vàCONN_FAILrec WaitForCLR_CMD.SuccessfulNewBSC Hình 3.35: Trang SuccessfulNewBS Trang SuccessfulNewBSC mô hình hoá hoạt động của BSC mới trong chuyểngiao thành công. Thông thường thì các đường mủi tên dày đặc trong phần chính giữahướng tới đích. Hình 3.35 mô tả trang SuccessfulNewBSC cụ thể là các phần của BSCcủa các bản tin thứ 4-7, 13-14, 16 và 19-20 trong hình 3.10.Old BTS Trang OldBTS mô hình hoá các thành phần liên quan của BTS của chuyển giaotrong cùng MSC. Phần trên cùng của trang là quản lý kênh được mô hình hoá trong sựchuyển tiếp thay thế (Channel Management). Trong phần này bản tin được trao đổiriêng biệt giữa BSC và BTS. Bản tin được trao đổi với MS không được xữ lý bởi BTSvà thông qua chuyển mạch trong suôt tới cho MS. Điều này được mô hình hoá bởi 2 sựchuyển tiếp relay RLM và recHND_FAI relay it. 112
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSM Hình 3.36: Trang OldBTSChannelManagement Trang ChannelManagement là trang con của trang OldBTS và NewBTS mô hìnhhoá giao tiếp bên trong giữa BTS và BSC. Trang này có thể được tách đôi để giữ cáctính năng từ BTS củ phân biệt rỏ với BTS mới nhưng bởi vì tính đơn giản của trangchúng ta quyết định giữ cả hai phần này cùng nhau. Chuyển tiếp cao nhất mô hình hoábản tin 5-6 trong hình 3.10 và phần dưới cùng mô hình hoá hai bản tin thứ 22 và 24cũng trong hình 3.10. Hình 3.37: Trang ChannelManagementNewBTS Trang NewBTS mô hình hoá hoạt động chuyển giao của BTS. Ở phần giữa đượcchỉ rỏ bởi các đường mủi tên là trường hợp chuyển giao thành công, mô hình hoá sựtrao đổi bản tin trong hình 3.10 mà BTS mới có liên quan (5-6, 11-13 và 15-19). Trênđỉnh đầu của trang, giữa các vị trí trao đổi bản tin cho giao diện Abis, là chuyển tiếpthay thế ChannelManagement nói tới ở trang con cùng tên. Chỉ tình trạng thất bại củaBTS mới có thể liên quan với timeout của bộ timer T3105, hoặc đúng hơn đạt tới thời 113
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSMgian tối đa Ny1. Điều này được mô hình hoá bởi sự chuyển tiếp Ny1xT3105 Timeout.Vị trí T3105 TimedOut cho sự nghiên cứu trạng thái của BTS mới sau khi mô phỏngtrang NewBTS. Hình 4.38: Trang NewBTSMS Trang cuối cùng là mô hình trang MS, sự mô hình hoá các thành phần của MSliên quan trong chuyển giao. Phần chính giữa các đường mủi tên chỉ trường hợp thànhcông. Chỉ một trường hợp thất bại là có thể trong MS khi bộ định thời T3124 hết thờigian định thời. Kết quả của timeout là MS cố gắng để quay lại hoàn toàn tới BTS cũ. Ởđây chúng ta không mô hình hoá thực tế quá trình trở lại này. Hình 3.39: Trang MS 114
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSM KẾT LUẬN Luận văn này đả sử dụng mô hình CPN và ngôn ngữ SDL để phân tích các giaothức chuyển giao trong mạng GSM. SDL là một ngôn ngữ thường được sử dụng đểphân tích giao thức trong mạng viễn thông và dựa trên ngôn ngữ đó chúng ta sẻ cài đặtmô hình CPN. Thông qua mô hình chúng ta đả có cách nhìn hoàn thiện hơn về các thủtục hoạt động chuyển giao trong mạng GSM. Đi từ nền tảng ban đầu đến việc phân tíchchi tiết các bản tin trao đổi trong quá trình chuyển giao, giới hạn có lựa chọn việcnghiên cứu chi tiết một loại chuyển giao tổng quát và đặc trưng nhất của chuyển giaogiúp cho người đọc dể hiểu và hiểu một cách cận kẽ và sâu sắc hơn các quá trình đó. Môhình là sự gói gọn các vấn đề thích đáng từ hệ thống thực, miêu tả đi sát với thực tế mộtcuộc chuyển giao trong hệ thống thực. Mô hình thiết kế CPN mang lại cho ta sự am hiểulinh động và sát với thực tế của chuyển giao mà nếu như chúng ta chỉ quan sát trên ngônngữ SDL thì không thể có được điều đó. Sử dụng cách thức phân tích đối chiếu với cáckiến từ lý thuyết với mô hình để chứng tỏ rằng chuyển giao bên trong MSC là môt giaothức tiến bộ và hoàn chỉnh, các thiết bị có liên quan trong quá trình chuyển giao đều cóthể biết được tình trạng hoạt động của một cuộc gọi sau một kết quả của chuyển giao dùnó có thành công hay không. Mô hình đả cho ta thấy giao thức chuyển giao khôngnhững đảm bảo cho cuộc gọi được giữ khi di chuyển mà còn đảm bảo cho hệ thống hoạtđộng hiệu quả nhất, không lảng phí tài nguyên và đăc biệt là dần tới tối ưu hoá các quátrình xữ lý. Đặc biệt mô hình rất đi sát với hệ thống thực tế của mạng sử dụng côngnghệ GSM và có thể áp dụng mô hình vào thực tế các mạng này. Từ việc đi sâu phântích chuyển giao giúp em hiểu được các thủ tục cách thức mà các bản tin trao đổi vớinhau trong mạng GSM, đi sâu tìm hiểu giao thức báo hiệu giúp em hiểu bản chất củanhững hoạt động trong mạng, hiểu được để thực hiện một cuộc gọi thì mạng cần làm gìvà MS cần làm những gì ? và đặc biệt hơn và là mục đích của khoá luận là đả tìm hiểuđược giao thức chuyển giao, một giao thức đặc trưng quan trọng nhất trong thông tin diđộng. Có thể kết luận câu “có chuyển giao mới có di động”. Khi một MS muốn dichuyển đi xa mà vẩn đảm bảo được cuộc gọi nó cần thiết phải chuyển giao. Từ việcphân tích chuyển giao giúp cho ta hiểu và xử lý tối ưu được mạng; ví dụ như việc tối ưucác bản tin khi xảy ra một quá trình chuyển giao, vì cần phải rút ngắn nhất có thểkhoảng thời gian này mà vẩn đảm bảo được chất lượng cuộc gọi, hay là việc tính toánlắp đặt các trạm BTS. Kết hợp với việc đo kiểm chất lượng thu phát của trạm BTS đểđưa ra giải pháp tối ưu mạng mà một người kỷ sư tối ưu mạng cần phải luôn làm điềuđó. Tuy nhiên quá trình phân tích cũng không tránh khỏi những thiếu sót ví dụ nhưvẩn chưa đưa ra các dữ liệu thực tế một quá trình chuyển giao để chứng minh, bởi quátrình phân tích cần phải gắn liền với dữ liệu thực tế để giúp ta so sánh xem mô hình thiếtkế có đảm bảo cho hệ thống thực hay không. Như vậy muốn đi sâu, muốn hiểu được hệ thống thông tin di động thì nhất thiếtphải đi sâu tìm hiểu quá trình chuyển giao bởi đây là một đặc trưng tạo nên tính di động.Quá trình chuyển giao là một quá trình nhậy cảm vì lúc này chất lượng cuộc gọi là thấpnên cần phải xem xét kỷ vấn đề này, cần phải nghiên cứu sâu, xây dựng mô hình chuyển 115
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSMgiao một cách tối ưu nhất, cần kiểm nghiệm mô hình vào hệ thống thực để thấy đượctính hiệu quả của mô hình và ngày càng hoàn thiện nó trên phương diện một ứng dụngchứ không chỉ là mô hình lý thuyết. CÁC THUẬT NGỮGSM: Global System for Mobile communication Hệ thống thông tịn di động toàn cầuETSI: European Telecommunications Standards Tiêu chẩn của Học Viện Viễn Thông Châu Institute ÂuNSS: Network Switching Subsystem Hệ thống hổ trợ chuyển mạch mạngBSS: Base Station Subsystem Hệ thống trạm gốcMS: Mobile Stations Trạm di độngMSC: Mobile Switching Center Trung tâm chuyển mạch di độngPSTN: PublicSwitchedTelephone Network Mạng điện thoại chuyển mạch công cộngISDN: Integrated Services Digital Network Mạng số tích hợp các dịch vụHLR: Home Location Register Bộ ghi định vị thường trúVLR: Visitor Location Registe Bộ ghi định vị tạm trúAUC: AUthentication Center Trung tâm nhận thựcEIR: Equipment Identity Register Bộ ghi nhận dạng thiết bịBSC: Base Station Controller Bộ điều khiên trạm gốcBTS: Base Tranceiver Station Trạm thu phát có sởSIM: Subscriber Identity Module Module nhận dạng thuê baoLA: Location Area Vùng định vịPLMN: Public Land Mobile Network Mạng di động công cộng mặt đấtOSI: Open System Interconnection Hệ thống liên kết mởSSN07: Signalling System Number 7 Hệ thống báo hiệu số 7TRX: Transmitter/Receiver Bộ truyền phát/bộ thu nhậnGMSC: Gateway-MSC MSC cổngCPN: Coloured Petri NetsSCCP: Signaling Connection Control Part Phần điều khiển kết nối báo hiệuBSSAP: Base Station Subsystem Application Part Phần ứng dụng hệ thống con trạm cơ sởBSSMAP: Base Station Subsystem Management Phần quản lý ứng dụng hệ thống con trạm Application Part cơ sởDTAP: Direct Transfer Application Part Phần ứng dụng điều khiển truyềnMTP: Message Transfer Part Phần chuyển đổi bản tinTRXM: TRX Management Quản lý TRXCCM: Common Channel Management Quản lý kênh chung 116
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSMRLM: Radio Link Management Quản lý liên kết vô tuyếnDCM: Dedicated Channel Management Quản lý kênh chuyên dụngLAPDm: LAPDmodified LAPD được điều chỉnhRR: Radio Resource Tài nguyên vô tuyếnMM: Mobility Management Quản lý di độngCC: Call Connection Management Quản lý kết nối cuộc gọiIMSI: International Mobile Subscriber Identity Nhận dạng thuê bao di động quốc tếTRAU: Transcoder/ Adapter Rate Unit Đơn vị chuyển mã/đáp ứngI WF: InterWorking Function Chức năng tương tácTCH: Traffic Channels Kênh lưu lượngCCH: Control Channels Kênh điều khiểnBCH: Broadcasting Channel Kênh quảng báCCCH: Common Control Channel Kênh điều khiển chungDCCH: Dedicated Control Channel Kênh điều khiển riêngSMSCB: Short Message Service Cell Broadcast Dịch vụ tin nhắn ngắn quảng bá cellCBCH: Cell Broadcasting Channel Kênh quảng bá cellFACCH: Fast Associated Control Channel Kênh điều khiển liên kết nhanhSACCH: Slow Asociated Control Channel Kênh điều khiển kết hợp chậmAGCH: Access Grant Channel Kênh hổ trợ truy cậpPCH: Paging Channel Kênh nhắn tinSCH: Synchronization Channel Kênh đồng bộFCCH: Frequency Correction Channel Kênh hiệu chỉnh tần sốBCCH: Broadcasting Control Channel Kênh điều khiển quảng báRACH: Random Access Channel Kênh truy cập ngẫu nhiênGMSK: Gaussian Minimum Shift Keying Kháo dịch pha tối thiểu GaussFEC: Forward Error Correction Sự hiểu chỉnh lổi tiên tiếnUI: Unnumbered Information Thông tin không được đánh sốSABM: Set Asynchronous Balance Mode Đặt chế độ cân bằng không đồng bộUA: Unnumbred Acknowledgement Sự xác nhận không được đánh sốMOC: Mibile Originated Call Cuộc gọi được bắt đầu từ trạm di độngIMEI: International Mobile Equipment Identity Nhận dạng thiết bị di động quôc tếIMSI: International Mobile Subscriber Identity Nhận dạng thuê bao di động quốc tếRSM: Radio Subsystem Management Quản lý hệ thống vô tuyến conSMS: Short Message Service Dịch vụ bản tin ngắnCBSAP: Cell Broadcast Service Access Point Điểm truy cập dịch vụ quảng bá cellCDMA Code Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo mãTDMA Time Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo thời gianFDMA Frequency Division Multyple Access Đa truy cập phân chia theo tần số 117
    • Phân tích chuyển giao trong mạng GSMTÀI LIỆU THAM KHẢO[1] Sigmund M.redl, Matthias K.Weber , Malcolm W.Oliphant, “ GSM And PersonalCommunications “ Handbook of GSM and UMTS The Creation of Global MobileCommunication. Edited by: Friedhelm Hillebrand, Consulting Engineer, Germany[2] Gunnar Heine, “GSMNetworks: Protocols, Terminology and Implementation “,[3] Asha Mehrotra, “GSM SYSTEM ENGINEERIN GSM Switching, Services anhProtocols “(Second Edition), John Wiley and Sons, LTD. *****************000***************** 118