Đồ án Thông tin di động GSM - Tổng quan về mạng thông tin di động GSM và Hệ thống báo hiệu số 7 (CCS.7)

n (Convolutional Code). Mã khối là một mã chu kỳ để phát hiện lỗi cho 50bit cấp Ia. Nếu thêm vào 3bit CRC thì có thể huỷ bỏ toàn bộ cửa sổ sét và bộ ngoại suy sẽ lấp lỗ trống này. Mã hoá vòng xoắn cho phép sửa sai lỗi và được phép áp dụng cho các bit cấp Ia, Ib. ở mã hoá xoắn bộ mã hoá tạo ra khối các bit mã hoá không chỉ phụ thuộc vào các bit của khối bản tin hiện thời được dịch vào bộ mã hoá mà còn phụ thuộc vào các khối bản tin trước. Cả hai phương pháp trên đều được sử dụng ở GSM. Trược hết một số bit thông tin được mã hoá khối để tạo nên một khối thông tin các bit chẵn lẻ (kiểm tra). Sau đó các bit này được mã xoắn để tạo nên các bit được mã hoá. Cả hai bước trên đều áp dụng cho cả thoại và số liệu, mặc dù sơ đồ mã hoá cho chúng khác nhau. Lý do sử dụng mã hoá kép là vì ta muốn sửa lỗi nếu có thể (mã hoá xoắn) và sau đó có thể nhận biết (mã hoá khối) xem liệu thông tin bị lỗi có dùng được hay không. 4.2.4. Ghép xen (Interleaving). Trong thông tin di động do các pha đinh sâu lâu các lỗi bit thường sẩy ra các cụm dài. Mã hoá kênh và đặc biệt là mã hoá xoắn chỉ hiệu quả nhất khi phát hiện và sửa lỗi ngẫu nhiên đơn lẻ và các cụm lỗi không quá dài. Để đối phó với vấn đề này ta chia khối bản tin cần gửi thành các cụm ngắn rồi hoán vị các cụm này với các cụm của khối bản tin khác, nhờ vậy khi sẩy ra cụm lỗi dài mỗi bản tin chỉ mất đi cụm nhỏ, nên phần còn lại của bản tin vẫn cho phép các cụm mã hoá kênh khôi phục được lại bản tin đúng sau khi đă sắp xếp laị các cụm của bản tin theo thứ tự như ở phía phát. Quá trình nói trên được gọi là ghép xen. Chẳng hạn ta có 4 khối bản tin và chia mỗi khối thành 4 cụm được đánh số từ 1 đến 4 sau đó hoán vị các cụm với nhau bằng cách ghép chung các cụm 1 vào một khối, các cum 2 vào một khối….Giả sử đầu thu cụm 2 bị mất (lỗi) sau khi đă sắp xếp lại các khối bản tin chỉ mất có cụm 2, các cụm 1,3,4 còn lại sẽ cho phép mã hoá kênh khôi phục lại khối đúng. Các khối bản tin 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 Ghép xen Cáckhối Bản tin được ghép xen 1 2 3 4 1 2 3 4 2 2 2 2 1 1 1 1 1 X 3 4 1 X 3 4 1 X 3 4 1 X 3 4 Hình 4.2. Ghép xen. 4.3. Kết nối truyền số liệu trong GSM 12(64)kb\s PSTN MODEM RATE ADAPTER IWF 9,6Kb\s MSC XCDR (TRAU) 12(16)Kb\s 9,6Kb\s B/S M BSC DTE PCMCIA BTS 12(33,8)kb\s Hình 4.3. Mô hình truyền số liệu Một ví dụ làm rõ phương pháp truyền số liệu trong mạng GSM: - Dòng số liệu đi ra từ một máy tính xách tay (laptop) với tốc độ cực đại là 9,6Kb/s theo tiêu chuẩn RS232. Thông thường một Modem sẽ chèn thêm các bit và truyền dòng số liệu này với tốc độ 12Kb/s. nhưng trong ví dụ này máy laptop được trang bị thêm (Data Card) trong khe cắm mỡ rộng PCMCIA đễ thay đổi dòng số liệu (Data and Contron) trở thành tốc độ 12Kb/s và kết nối Laptop với điện thoại di động. - Điện thoại di động thực hiện chèn thêm các bit bảo vệ chống lỗi và truyền đi trên sóng mang dòng số liệu với tốc độ 33,8Kb/s. Dòng số liệu này chiếm toàn bộ một khe thời gian và được truyền tải như một kênh thoại thông thường. - Tại BSS (BTS/BSC) thực hiện tách bỏ các bít bảo vệ chống lỗi của dòng số liệu 12Kb/s và truyền tải tới TRAU với tốc độ 16Kb/s (BSS xử lý dòng số liệu, ghép, tách kênh đồng thời truyền dẫn tới TRAU trên luồng E1). Sau khi được truyền tải và sử lý qua TRAU (XCDR) tốc độ dòng số liệu 12Kb/s (16Kb/s) trở thành 64Kb/s (XCDR chuyển đổi tốc độ dòng số liệu thành 64Kb/s và truyền tải tới MSC). - Tại MSC chuyển tiếp các tín hiệh đang sử dụng trong mạng GSM tới khối liên hợp chức năng (IWF). Khối IWF được trang bị Modul tương thích tốc độ dòng số liệu, tại đây dòng số liệu tốc độ 64Kb/s do MSC truyền tải tới được xử lý bóc tách thành dòng số liệu nối tiếp 12Kb/s sau đó trở lại thành dòng số liệu nguyên gốc 9,6Kb/s, tương tự như dòng số liệu từ laptop được truyền tới Modem. - Khi thực hiện kết nối từ mạng ISDN hoặc mạng chuyển tiếp gói số liệu, các gói tin hoặc dòng số liệu được sắp xếp tương tự như đi ra từ DCE (Data Circuit terminating Equipmen) và không cần thiết phải có Modem hoặc (PAD- Packet Assembler/Dissembler) để kết nối mạng ISDN với mạng GSM. Sự lựa chọn thích ứng với DCE được khẳng định một lần nữa tại khối IWF khi mà kết nối và tương thích tốc độ để truyền số liệu trong mạng GSM là không thay đổi. 4.4. Cấu trúc khung TDMA. Như đã biết, GSM900 có 124 dải thông tần bắt đầu từ tần số 890,2MHz. Mỗi dải thông tần là một khung TDMA có 8 khe thời gian. Mỗi khe 15/26 = 577ms, một khung dài 4,26ms. Khung đường lên trễ 3 khe thời gian so với khung đường xuống. Nhờ trễ này mà MS có thể sử dụng một khe thời gian có cùng số thứ tự ở cả đường lên lẫn đường xuống để truyền tin bán song công. Về mặt thời gian các kênh vật lý ở một giải thông tần vô tuyến được đánh số khung FN (frame Number) từ 0 đến 2715647 trong một siêu khung (3h 28ph 53,760ms). Một siêu khung có 2048 siêu khung (6,12s). Một siêu khung có 51 đa khung x 26 khung/1 đa khung x 51 khung/1 đa khung. Người ta gọi khuôn mẫu tin tức ở 1 khe thời gian là một cụm. Cụm là một khái niệm chung gian giữa kênh vật lý và kênh logic. Cấu trúc cụm khác nhau là để tải các dữ liệu khác nhau, có 5 loại cụm khác nhau: Cụm bình thường NB (Normal Burst): NB mang kênh lưu lượng và kênh điều khiển. Cụm hiệu chỉnh tần số FB (Frequency Correction Burst): Cụm này được sử dụng để đồng bộ tần số cho trạm di động FB mang kênh hiệu chỉnh tần số (FCCH) cho hướng xuống để hiệu chỉnh tần số của MS theo chuẩn của hệ thống. Cụm đồng bộ SB (Synchronous Burst): Cụm này được dùng để đồng bộ thời gian cho trạm di động SB mang kênh đồng bộ SCH (Synchronous Channel) cho hướng xuống để đồng bộ thời của MS với BTS. Mang thông tin số khung (FN) của TDMA và BSIC. Cụm giả DB (Dummy Burst): Truyền trên BCCH khi không có thông tin, gồm các bit hỗn hợp chỉ cho hướng xuống. Cụm truy cập AB (Access Burst): Cụm này được sử dụng để thâm nhập ngẫu nhiên và thâm nhập chuyển giao (handover) cụm chứa bít thông tin, bit đồng bộ và bit bảo vệ dài (68,25bit) là vì khi MS truy cập hệ thống (ngẫu nhiên hoặc chuyển giao) nó không biết trước được thời gian nên tăng khoảng bảo vệ là cần thiết. AB sử dụng cho RACH và TCH. Một siêu siêu khung = 2048 siêu khung (3h28ph 53,760ms) 0 1 2 2045 2045 2047 0 1 25 0 1 49 50 Một đa khung = 26 khung (120ms) 0 1 BCCH 49 50 0 1 TCH 24 25 Một đa khung = 51 khung (235ms) Một đa khung = 26 khung (4615ms) 0 1 2 3 4 5 6 7 TB3 57bit mã hoá F1 26 chuỗi bit F1 57 bit mã hoá GP 8,25 hướng dẫn TB3 57bit mã hoá F1 26 chuỗi bit F1 57 bit mã hoá TB3 GP 8,25 hướng dẫn TB3 39bit mã hoá 64 chuỗi bit đồng bộ 39 bit mã hoá TB3 GP 8,25 TB3 142 bit cố định TB3 GP 8,25 546ms TB3 41 chuỗi bit đồng bộ 36 bit mã hoá TB3 GP 68,25 Hình 4.4. Cấu trúc khung TDMA 4.5. ứng dụng báo hiệu số 7. Báo hiệu trong mạng di động phức tạp hơn trong mạng điện thoại thông thường vì thuê bao di động (MS) có thể di chuyển quanh mạng, nên phải có yêu cầu cập nhật vị trí địa lý của các MS và để sử lý sự thay đổi sang kênh lưu lượng mới khi MS di chuyển từ ô này sang ô khác. Điều này phải có một hệ thống báo hiệu nhanh và mạnh. SS VLR VLR MAP MAP ISDN-UP ISDN HLR VLR EIR MAP TUP MSC ISDN MAP ISDN BSSMAP ISDN-UP BSS ISDN BSC LAPD BTS LAPDm MS Hình 4.5. Sơ đồ báo hiệu trong mạng GSM. Trong mạng GSM thì các MSC đóng vai trò là các điểm chuyển tiếp báo hiệu (STP), ngoài ra còn có các nút khác đó là VLR, HLR, EIR, AUC, BSC, BTS, MS. Phần ứng dụng BSS (BSS MAP) là giao thức báo hiệu giữa MSC và BSS, MSC và BSS được nối với nhau bởi đường PCM. Ngoài số kênh thoại hoặc kênh số liệu còn có các khe thời gian dự trữ cho báo hiệu số liệu, báo hiệu khi đấu nối thiết lập cuộc gọi, chuyển giao, giải phóng cuộc gọi. ISUP: Là giao thức báo hiệu giữa các tổng đài trong mạng ISDN. Trong mạng di động, ISUP được sử dụng để báo hiệu giữa các MSC với mạng cố định và di động khác như PSTN, ISSDN. LAPD và LAPDm: Không thuộc báo hiệu số 7. LAPD: Thủ tục truy nhập đường truyền kênh D. Được sử dụng để báo hiệu giữa BSC và BTS. Việc đấu nối giữa BSC và BTS là nhờ một kênh PCM, ở đó một trong các kênh được dành cho báo hiệu, sử dụng giao thức LAPD. LAPDm: Thủ tục truy nhập đường truyền kênh D có biến đổi. Là giao thức sử dụng cho báo hiệu giữa bộ thu phát ở BTS và trạm di động MS. Giao diện giữa MS và bộ thu phát được gọi là giao diện không gian. Mục dích của giao thức LAPDm là để truyền dẫn báo hiệu qua kênh vô tuyến được an toàn. 4.6. Quá trình cuộc gọi và chuyển giao. 4.6.1. Một số trạng thái của trạm di động MS MS tắt máy hoặc ngoài vùng phục vụ: Mạng không thể tiếp cận đến máy di động vì nó không trả lời thông báo tìm gọi cũng như không gửi thông báo cập nhật vị trí. Khi đó mạng cho rằng MS đã rời mạng. MS bật máy, trạng thái rỗi: Hệ thống có thể tìm gọi MS, nó được coi là đã nhập mạng. Trong khi di chuyển MS luôn kiểm tra xem nó có được nối vói một kênh quảng bá của một cell nào đó hay không. ở trạng thái này, MS cũng thông báo cho hệ thống những thông tin về cập nhật vị trí sau những khoảng thời gian nhất định. MS bận: Mạng luôn luôn có một kênh TCH song công nối giữa MS và BTS. Khi chuyển động, MS phải có khả năng chuyển đến một kênh thông tin mới . Quá trình này được gọi là chuyển giao (Handover). Để quyết định chuyển giao thì hệ thống phải căn cứ vào những thông số đo đạc từ MS và BTS. Quá trình này được gọi là định vị. Cập nhật vị trí: Mạng có thể yêu cầu MS cập nhật vị trí khi MS bật nguồn lên. yêu cầu này thể hiện ở một cờ trong BCCH. Nếu tắt nguồn thì MS cũng tự động thông báo cho mạng. Khi MS được bật nguồn lên ở một vùng định vị mới (so vơi dữ liệu đã lưu trữ về nó ở lần bật trước) hoặc khi MS chuyển động đến vùng định vị mới, thì MS khởi động thủ tục cập nhật vị trí để thông báo cho mạng về vị trí mới của MS. Quá trình này bao gồm: MS phát hiện rằng nó đã vào LAI mới (truyền trên BCCH) thì khởi tạo thủ tục cập nhật định vị. BSS cấp cho MS một kênh SDCCH. MS phát bản tin yêu cầu cập nhật định vị trên SDCCH đến MSC. MSC gửi LAI mới và TMSI của MS đến VLR và đến HLR nếu cần. Nhận thực và mật mã hoá. VLR cấp phát TMSI mới cho MS (gửi đồng thời tới MSC). MSC lưu trữ các giá trị mới của TMSI và LAI và SIM. MS gửi bản tin hoàn thành định vị lại TMSI cho MSC. MSC gửi phúc đáp đến VLR. MS giải phóng SDCCH. HLR$ VLR$ MSC BSS MS 1 Yêu cầu kênh > > Cấp DCCH > Yêu cầu cập nhật vi trí (LAI &TMSI) 2 3 Mật mã Nhận thực Cấp TMSI mới (TMSI) 4 > (TMSI) Hoàn thành cập nhật định vị 5 Hoàn thành TMSI Xác nhận TMSI > Lệnh giải phóng 6 > Hoàn thành giải phóng Hình 4.6.1. Quá trình cập nhật định vị MS. 4.6.2. Nhận thực và mật mã: Thực hiện việc nhận thực khi thiết lập cuộc gọi, cập nhật định vị, dịch vụ phụ. HLR/AUC đưa ra các thông số nhận thực (bộ 3: RAND/SRES/Kc). Bộ 3 được gửi tới VLR phụ trách MS xét. VLR lưu trữ bộ 3 để thực hiện quá trình nhận thực tiếp theo. VLR khởi tạo việc nhận thực bằng bản tin nhận thực gửi tới MSC. MSC chuyển tiếp nội dung tới MS. Bản tin yêu cầu nhận thực có thông số RAND. MS đáp ứng nhận thực. Bản tin này có thông số SRES. Giả thiết là MS nhận thực đúng, VLR yêu cầu MSC bắt đầu thủ tục mật mã. MSC bắt đầu thủ tục mode mật mã bằng bản tin gửi BSS. BSS phúc đáp. HLR$ VLR$ MSC BSS MS 1 Phát bộ 3 (RAND) 2 Đáp ứng nhận thực (RAND) Nhận thực 3 Yêu cầu nhận thực Mật mã 4 5 Lệnh Mode Mật mã Hoàn thành Mode Mật mã Hình 4.6.2. Quá trình nhận thực và mật mã. 4.6.3. Nhận dạng ME: MSC khởi tạo việc nhận dạng thiết bị bằng bản tin gửi tới MS. Việc nhận dạng ME không thường xuyên như việc nhận thực, và được tiến hành trong quá trình cập nhật định vị hoặc trong quá trình thiết lập cuộc gọi. MS đáp ứng bằng bản tin báo cáo số IMEI của thiết bị. MSC phát IMEI đến EIR – EIR phúc đáp. Việc kiểm tra IMEI tại EIR được thực hiện sau khi MS đã được cấp phát TCH. EIR PSTN$ HLR$ VLR$ MSC BSS MS 1 Yêu cầu ID 2 Đáp ứng ID (IMEI) 3 Kiểm tra IMEI Đáp ứng Kiểm tra Hình 4.6.3. Quá trình nhận dạng thiết bị. 4.6.4. Quá trình chuyển giao: Khi một trạm di động đang ở trạng thái bận và đang chuyển động ra xa dần BTS mà nó đang được nối ở đường vô tuyến bằng các kênh TCH và SACCH thì tín hiệu thu giảm dần. Lúc này MS quét và đo đạc tín hiệu mà MS nhận từ BTS và các BTS lân cận. Các BTS lân cận cũng đo đạc cường độ tín hiệu mà MS xét phải đến. Khi đó MSC có quyết định chuyển giao hay không khi sử lý các tin tức báo cáo nói trên. Để chất lượng cuộc gọi được đảm bảo thì mạng phải chuyển giao sang cell lân cận có tín hiệu mạnh hơn. Có hai trường hợp chuyển giao sau: Chuyển giao bên trong ô (Intracell Handover). Chuyển giao giữa các ô (Intercell Handover). Handover trong cùng một BSC: Trong quá trình gọi MS luôn luôn đo cường độ trường và chất lượng ở kênh TCH của mình và cường độ trường của các ô lân cận. MS lấy giá trị trung bình kết quả đo. Hai lần trong một giây nó gửi kết quả đo đến BTS cùng với kết quả đo của các ô lân cận tốt nhất. BTS bổ sung thêm kết quả đo được ở chính kênh TCH và gửi báo cáo về BSC. ở BSC chức năng định vị được tích cực để quết định có cần chuyển giao cuộc gọi đến ô khác do nhiễu, chất lượng sấu hay không. 6 2 8 4 5 BTS 4 BSC 7 MS 7 1 3 Hình 4.6.4. Chuyển giao cuộc gọi trong BSC. Trường hợp chuyển giao BSC sẽ lệnh cho BTS ở ô mới được chọn tích cực một kênh TCH. Lệnh cho BTS này gửi bản tin đến MS thông báo về tần số và khe thời gian cần chuyển đến. MS điều chỉnh tần số mới và gửi bản tin thâm nhập chuyển giao (HO). MS không sử dụng sự định thời trứơc nào cả, Vậy HO ngắn chỉ có 8bit. MS nhận công suất sử dụng ở kênh FACCH lấy cắp từ kênh tiếng. BSC nhận thông tin từ BTS là chuyển giao thành công khi MS gửi bản tin hoàn thành chuyển giao. Đường tiếng trong chuyển mạch nhóm thay đổi vầ BTS cũ ra lệnh tháo gỡ TCH cũ cùng với kênh liên kết SACCH. 4.6.5. Quá trình cuộc gọi. Cuộc gọi đến MS sẽ được định tuyến đến MSC/VLR nơi MS đăng ký. Khi đó MSC/VLR sẽ gửi một thông báo tìm gọi đến MS. Thông báo này được phát quảng bá trên toàn vùng định vị LA, nghĩa là tất cả các trạm thu phát gốc BTS trong LA sẽ gửi thông báo tìm gọi đến MS. Khi chuyển động ở LA và “Nghe” thông tin CCCH, MS sẽ nghe thấy thông báo tìm gọi và trả lời ngay lập tức. 4.6.5.1. Cuộc gọi từ MS vào PSTN. MS EIR PSTN HLR VLR MSC BSS (RAND) 1 Yêu cầu kênh Cấp DCCH Đă thiết lập đường báo hiệu CR 2 CC Yêu cầu dịch vụ Tin tức về thuê bao Tin tức về thuê bao Nhận thực 3 Mật mã 4 Call info Thiết lập Yêu cầu ID 5 Hoàn thành cuộc gọi Đang sử lý 6 Lệnh cấp TCH 7 (Channel) (TCH) Hoàn thành cấp 8 Đánh địa chỉ đầu cuối Hoàn thành địa chỉ Hồi âm Chuông Nối Trả lời 9 Bắt đầu tính cước Xác nhận nối thông 10 Helloo Hình 4.6.5.1. Quá trình cuộc gọi từ MS đến thuê bao cố định. VLR$ MSC BSS MS HLR$ 4.6.5.2. Cuộc gọi từ thuê bao cố định đến MS. PSTN$ GMSC (MSISDN) 1 Đánh địa chỉ đầu cuối (IFAM) (MSISDN) 2 Gửi tin tức đường truyền (MSRN) (MSRN) 3 Xác nhận đường truyền Địa chỉ (IFAM) (MSRN) (MSRN) 4 Gửi tin tức thiết lập cuộc gọi 5 (LAI & TMSI) ITMSI) Page (TMSI) (TMSI) Nhắn tin (RAND) 6 Yêu cầu kênh Cấp DCCH Đã thiết lập đường báo hiệu (TMSI & Status) (TMSI) (Status) Hoàn thành cuộc gọi 7 (TMSI) Thiết lập Hoàn thành địa chỉ 8 Xác nhận cuộc gọi (Circurt) (Channel) Lệnh cấp TCH 9 Hoàn thành Phát âm chuông ở MS Thuê bao nhấc máy Nối thông 10 Bắt đầu tính cước Xác nhận nối thông 11 Hình 4.6.5.2. Quá trình cuộc gọi từ thuê bao cố định đến MS. Helloo Một bản tin đánh địa chỉ đầu cuối gửi tới MSC cổng (GMSC). MS được gọi nhận dạng bằng MSISDN của nó. GMSC yêu cầu HLR cung cấp tin tức thiết lập đường truyền: IMSI và LAI của MS. Dựa vào các tin tức này, GMSC xác định MSC đang phụ trách MS xét. VLR phúc đáp, cung cấp MSRN của MS xét. GMSC chuyển bản tin đánh địa chỉ đầu cuối tới msc phục vụ MS xét. MSC yêu cầu tin tức thiết lập cuộc gọi. VLR phúc đáp MSC. MSC phát yêu cầu nhắn tin tới MS. MS đáp ứng và yêu cầu kênh báo hiệu dành riêng. Khi báo hiệu đã thiết lập, thì bản tin đáp ứng nhắn tin gửi đến BSS, rồi qua MSC chuyển tiếp đến VLR. MS được nhận thực, Mode mật mă được thiết lập. VLR phát bản tin hoàn thành cuộc gọi tới MSC, nội dung được chuyển tiếp tới BSS, rồi tới MS. MS phát bản tin xác nhận cuộc gọi tới MSC. MSC phát bản tin ACM tới GMSC, chuyển tiếp tới PSTN, thuê bao chủ có hồi âm chuông. MSC cấp phát kênh lưu lượng đến BSS. BSS cấp phát kênh vô tuyến cho MS. MS phúc đáp bằng bản tin hoàn thành cấp phát. MS bây giờ phát chuông và hồi âm chuông đến MSC. MS phát bản tin nối thông đến MSC. MSC xác nhận và thông báo đến GMSC, rồi đến PSTN. Cắt hồi âm chuông ở thuê bao chủ gọi. Đường cho cả hai mạng được nối. Hai thuê bao đàm thoại. HLR$ VLR$ MSC BSS MS PSTN$ 4.6.5.3. Giải phóng cuộc gọi. 1 Ngắt máy Giai phóng PSTN Giai phóng PLMN 2 Hoàn thành Giải phóng báo hiệu MS - MSC Lệnh clear 3 Giải phóng 4 Ngắt UA Hoàn thành 5 Đã giải phóng Hoàn thành 6 Hình 4.6.5.3. Quá trình giải phóng cuộc gọi (từ MS). MS phát bản tin ngắt đường truyền tới MSC. MSC phát bản tin giải phóng tới PSTN, mạch nối mạng cố định được giải phóng MSC phát bản tin giải phóng tới MS. MS đáp ứng, phát bản tin hoàn thành giải phóng. PSTN phúc đáp. MSC khởi tạo quá trình giải phóng đường truyền (hữu tuyến và vô tuyến). MSC phát lệnh xoá tới BSS. BSS phát tin giải phóng tới MS. Kênh vô tuyến được giải phóng. BSS phát bản tin hoàn thành xoá đến MSC. BSS phát bản tin hoàn thành giải phóng kênh vô tuyến tới MS. MS phúc đáp lại bằng UA (nói lời cuối cùng). MSC giải phóng đường báo hiệu phục vụ cuộc gọi. MSC phát bản tin giải phóng đến BSS. BSS phúc đáp. Phần hai : Hệ THốNG BáO HIệU Số 7 (CCS.7) CHƯƠNG: I TổNG QUAN CHUNG Về MạNG BáO HIệU 1.1.Giới thiệu: Trong mạng viễn thông thì báo hiệu được coi là phương tiện để truyền thông tin và chỉ thị từ một điểm này tới một điểm khác hay từ một thiết bị đầu cuối này đến thiết bị đầu cuối khác. Trong đó các thông tin và chỉ thị đều có thể liên quan đến thiết lập, giám sát và giải phóng cuộc gọi. Tổng đài B STP Tập đường truyền Báo hiệu SP SP Tổng đài C Tổng đài A :Kết nối tiếng :Đường truyền báo hiệu Hình 2.1. Mạng báo hiệu. Các ký hiệu: SP: Điểm báo hiệu (Signalling Point) STP: Điểm truyền báo hiệu (Signalling Transfer Point) Hệ thống báo hiệu nói chung được chia làm hai loại sau: Báo hiệu đường dây thuê bao (Subcriber Signalling). Báo hiệu liên tổng đài (Interswitching). Báo hiệu đường dây thuê bao (Subcriber Loop Signalling). Là báo hiệu thực hiện giữa thuê bao và tổng đài nội hạt mà thuê bao được nối tới. Ví dụ như trong mạng PLMN thì đó là loại báo hiệu giám sát trạng thái bật, tắt, âm mời quay số…. Báo hiệu tổng đài (Inter Exchange Signalling). Báo hiệu tổng đài là báo hiệu giữa các tổng đài với nhau. Ví dụ báo hiệu thông báo trạng thái bận, rỗi của các đường trung kế, báo hiệu tắc nghẽn của tổng đài, báo hiệu giữa các mã số thuê bao bị gọi…. Báo hiệu giữa các tổng đài có thể chia làm hai loại tuỳ thuộc chức năng của báo hiệu đó: Báo hiệu đường dây (Line Signalling): được sử dụng trong toàn bộ cuộc gọi, có chức năng giám sát trạng thái đường dây. Ví dụ báo hiệu này cho biết trạng thái đường trung kế như bận hay rỗi… Báo hiệu thanh ghi (Register Signalling): báo hiệu này được sử dụng trong pha thiết lập gọi để chuyển các thông tin địa chỉ và thuộc tính thuê bao. Các chức năng của báo hiệu. Các chức năng báo hiệu không kể là báo hiệu đường dây hay là báo hiệu liên tổng đài mà nó được chia ra các chức năng như sau: Chức năng giám sát. Chức năng tìm gọi. Chức năng vận hành. Chức năng giám sát. Được sử dụng để nhận biết sự thay đổi về trạng thái hoặc điều kiện của một số phần tử, phản ánh tình trạng bật, tắt máy của thuê bao. Bật máy chiếm. Bật máy trả lời. Tín hiệu giải phóng hướng đi. Tín hiệu giải phóng hướng về. Báo hiệu giám sát đường dây trung kế. Báo hiệu thông báo đường dây trung kế rỗi. Báo hiệu thông báo chiếm đường dây trung kế. Các tín hiệu với các chức năng giám sát nhận biết mọi sự thay đổi từ trạng thái rỗi sang trạng thái bận và ngược lại. Các chức năng tìm gọi. Các chức năng này có liên quan đến thủ tục thiết lập cuộc gọi và khởi đầu bằng việc thuê bao chủ gọi bật máy, quay số gửi các thông tin địa chỉ của thuê bao bị gọi. Các thông tin này được truyền tới tổng đài cùng với các thông tin khác như thông tin điều khiển… Các chức năng tìm gọi liên quan đến việc thiết lập và đấu nối cho một cuộc gọi mà trực tiếp là thời gian trễ quay số đó là khoảng thời gian kể từ khi thuê bao chủ gọi hoàn thành việc quay số đến khi thuê bao đó nhận được tín hiệu hồi âm chuông. Trong khi đó thời gian trễ là một tiêu chuẩn cần thiết mà các thiết bị tổng đài hướng tới để thâm nhập trực tiếp vào mạng có hiệu quả. Yêu cầu đặt ra trong tổng đài là chức năng này phải có hiệu quả, độ tin cậy cao để đảm bảo chính xác chức năng chuyển mạch thiết lập cuộc gọi. Chức năng vận hành mạng. Chức năng này có liên quan trực tiếp tới quá trình sử lý cuộc gọi do đó giúp cho việc sử dụng mạng có hiệu quả bao gồm: Báo hiệu nhận biết tắc nghẽn xảy ra trong mạng sau đó truyền thông tin trong mạng. Thông thường ở đây là thông tin về trạng thái đường truyền từ tổng đài bị tắc nghẽn cho tổng đài chủ gọi. Thông báo về trạng thái lỗi của các thiết bị, các đường trung kế đang làm việc hay đang bảo dưỡng… Cung cấp thông tin về tính cước. Cung cấp các phương tiện để đánh giá, đồng chỉnh cảnh báo từ các tổng đài khác… 2.1. Hệ thống báo hiệu R - 2. Hệ thống báo hiệu R-2 là hệ thống báo hiệu đa tần được CCITT thiết kế cho chức năng trao đổi thông tin giữa các tổng đài trong mạng số hay mạng hỗn hợp số - tương tự. Trong đó mỗi tín hiệu trao đổi là tổ hợp của một cặp tần số. R-2 gồm hai loại tín hiệu: Tín hiệu báo hiệu đường: gồm tín hiệu chiếm dụng, giám sát giải phóng… Tín hiệu báo hiệu thanh ghi: gồm các tín hiệu liên quan đến chức năng tìm chọn, khai thác. 2.2. Báo hiệu đường. Các tín hiệu báo hiệu đường hướng đi bao gồm: Tín hiệu chiếm đường. Tín hiệu giải phóng hướng đi. Các tín hiệu báo hiệu đường hướng về bao gồm: Tín hiệu xác nhận chiếm. Tín hiệu trả lời. Tín hiệu giải phóng hướng về. Tín hiệu khoá hệ thống báo hiệu R2 được thiết kế sao cho có thể thích ứng dùng cho cả hệ thống tương tự (Analog) và hệ thống số (Digital). 2.3. Báo hiệu thanh ghi: Các tín hiệu báo hiệu hướng đi bao gồm: Thông tin con số địa chỉ gọi. Thuộc tính thuê bao chủ gọi. Thông báo kết thúc gửi địa chỉ bị gọi. Thông tin về số thuê bao chủ gọi cho tính cước chi tiết. Các tín hiệu báo hiệu hướng về bao gồm: Tín hiệu thông báo tổng đài bị gọi sẵn sàng nhận các số địa chỉ của thuê bao bị gọi. Các tín hiệu điều khiển: xác nhận kiểu của thông tin. Thông tin kết thúc quá trình tìm gọi. Thông tin về tính cước. 2.4. Nguyên lý truyền báo hiệu. Trong quá trình kết nối cuộc gọi từ tổng đài chủ gọi đến tổng đài bị gọi thì có thể có một vài tổng đài khác nhau cùng tham gia vào việc nối thông. Do đó việc truyền thông tin báo hiệu giữa tổng đài chủ gọi và tổng đài bị gọi được chia làm 3 loại: Truyền báo hiệu từng chặng (Link By Link). Đó là kiểu báo hiệu mà trong đó các thông tin báo hiệu thanh ghi được truyền lần lượt qua tổng đài chung gian trong quá trình định tuyến cuộc gọi. Khi một tổng đài nào đó đã nhận đầy đủ các báo hiệu thanh ghi thì các thông tin báo hiệu thanh ghi ở tổng đài trước nó sẽ được giải phóng. Các thao tác này thường được thực hiện ở tổng đài trung chuyển kết nối cuộc gọi. Truyền báo hiệu kiểu xuyên suốt. Là kiểu báo hiệu mà các tổng đài trung gian chỉ nhận các thông tin cần thiết do tổng đài chủ gọi gửi đến để thực hiện định tuyến cuộc gọi. Như vậy số địa chỉ thuê bao sẽ được truyền xuyên suốt từ tổng đài chủ gọi đến tổng đài bị gọi. Với kiểu truyền báo hiệu kiểu này cho phép truyền báo cuộc gọi cho phép nhanh hơn so với kiểu báo hiệu từng chặng, làm giảm thời gian trễ quay số. Kiểu báo hiệu hỗn hợp (Mixed). Là kiểu truyền báo hiệu địa chỉ từ tổng đài chủ gọi đến tổng đài bị gọi dùng kết hợp gữa hai kiểu báo hiệu trên. 3.1. Hệ thống báo hiệu số 7- CCS 7:(Common Channel Signalling Number7) Những năm 1960, khi các tổng đài được điều chỉnh bằng chương trình lưu trữ được đưa vào sử dụng trong mạng thoại đã nảy sinh yêu cầu cần phải có một phương thức báo hiệu mới với nhiều đặc tính ưu việt hơn so với các phương thức cổ điển. Trong phương thức này, các đường số liệu tốc độ cao được nối giữa các bộ sử lý của tổng đài SPC để mang mọi thông tin báo hiệu. Mạng chuyển mạch Mạng chuyển mạch Các đường trung kế MP MP Đầu cuối Đầu cuối CCS CCS Đường báo hiệu Hình 3.1. Báo hiệu CCS. Các tổng đài SPC cùng với các đường báo hiệu tạo thành một mạng báo hiệu chuyển mạch gói riêng biệt. Năm 1968 CCITT đưa ra khuyến nghị về hệ thống báo hiệu kênh chung, và đầu tiên là báo hiệu CCS6. Năm 1979/ 80, CCITT giới thiệu hệ thống báo hiệu kênh chung mới CCS7, CCS7 mới được thiết kế cho mạng quốc gia và quốc tế sử dụng các trung kế số, tốc độ 64kbps. 3