Các kỹ thuật cơ sở và các bộ phận chính trong hệ thống thông tin di số part5 ppt

Một số ví dụ về trao đổi báo hiệu giữa các phần tử của mạng  Cập nhật vị trí  Đăng ký lần đầu  Rời bỏ IMSI  Nhập lại IMSI  Đăng ký định kỳ  Tìm gọi  Cuộc gọi khởi xướng từ trạm di

2.5 Một số ví dụ về trao đổi báo hiệu giữa các phần tử của mạng

 Cập nhật vị trí

 Đăng ký lần đầu

 Rời bỏ IMSI

 Nhập lại IMSI

 Đăng ký định kỳ

 Tìm gọi

 Cuộc gọi khởi xướng từ trạm di động

 Cuộc gọi kết cuối ở trạm di động

 Cuộc gọi quốc tế đến trạm di động

 Chuyển giao

 Cập nhật các dịch vụ bổ sung

 Quá trình tạo và cung cấp 3 thông số cho nhận thực và mật mã hoá

2.5.1 Cập nhật vị trí

Quá trình cập nhật vị trí được cho ở hình (1.31,1.32) Ở hình 1.31 ta thấy cập nhật vị trí xảy ra khi trạm MS di chuyển từ một vùng định vị được xác định bởi một số nhận dạng vùng (LAI) này sang vùng định vị có số nhận dạng khác Tồn tại hai dạng cập nhật vị trí:

Hình 1.31: Các trừơng hợp cập nhật vị trí khác nhau

Ô 1 Ô 3

BSC

BS

BS

LA3 LA2

LA1

 MS chuyển từ Ô3 thuộc LA2 sang Ô4 thuộc LA1 Cả hai ô này đều trực thuộc cùng một tổng đài MSC Trong trừơng hợp này cập nhật vị trí không cần thông báo đến HLR vì HLR chỉ quản lý vị trí của MS đến tổng đài MSC phụ trách MS

 MS chuyển từ Ô3 sang Ô5 có LA3 Hai ô này trực thuộc hai tổng đài MSC khác nhau Vì thế cập nhật vị trí đựơc thông báo HLR để nó ghi lại vị trí mới của tổng đài quản lý MSC

Thông tin để thực hiện cập nhật vị trí dựa trên LAI được thông báo thừơng xuyên từ BCCH của mỗi ô Ở hình 1.32 ta thấy các trao đổi báo hiệu cần thiết khi thực hịên cập nhật vị trí Trứơc hết MS nhận được thông tin về LAI mới ở kênh BCCH (1) Sau đó nó thiết lập một kết nối RR (2a) để nhận được một kênh điều khiển dành riêng (SDCCH) (2b) Ở kênh này nó sẽ yêu cầu dịch vụ cập nhật vị trí (3) Sau các thủ tục nhận thực (4) cập nhật vị trí được thực hiện ở VLR và cả ở HLR Nếu MSC là MSC mới (s) : kết thúc cập nhật vị trí các kênh báo hiệu được giải

phóng

Ký hiệu:

(1): Thông tin hệ thống

(2): Thiết lập kết nối RR: (2a) = yêu cầu kênh báo hiệu; (2b) = ấn định kênh báo hiệu (SDCCH)

(3): Yêu cầu dịch vụ

(4): Nhận thực: (4a) = nếu VLR không có thông số nhận thực MSC lấy thông số này từ HLR

Hình 1.32: Cập nhật vị trí kiểu bình thừơng

2.5.2 Đăng ký lần đầu

Khi MS mới bật nguồn nó phải thực hiện đăng ký lần đầu để nhập mạng Quá trình này được thực hiện như hình sau (hình 1.33)

 Trước hết trạm MS quét để tìm đựơc tần số đúng (FCCH)

 Sau đó tìm đến kênh đồng bộ SCH để nhận được số khung TDMA cho đồng bộ

 Cuối cùng nó thực hiện cập nhật vị trí để thông báo cho VLR phụ trách và HLR về vị trí của mình Các cơ sở dữ liệu này sẽ ghi LAI hiện thời của MS Giống như ở cập nhật vị trí bình thường thông tin về LAI được MS nhận từ kênh BCCH

 Bắt đầu từ giờ MSC/HLR công nhận là MS tích cực và đánh dấu cờ “thâm nhập vị trí tích cực” vào trừơng dữ liệu của mình Cờ này gắn với IMSI

Ký hiệu:

(1): Cập nhật vị trí (LAI mới) (2): Yêu cầu cập nhật vị trí (IMSI ở MSC mới) (3): Chấp nhận cập nhật vị trí

(4): Công nhận cập nhật vị trí

Hình 1.33: Đăng ký lần đầu

2.5.3 Rời bỏ IMSI

Khi tắt nguồn một trạm MS hay lấy ra SIM card sẽ xảy ra quá trình rời bỏ IMSI (hình 1.34) Các trao 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 trạng thái không tích cực (1), (2) Điều này có nghĩa rằng mạng không thể đạt được đến MS nữa

VL MSC

HL

BSC

(2) (3)

(1)

(4)

- MSC sẽ gởi bản tin IMSI đến VLR (3), bản tin này không được công nhận vì

MS sẽ không nhận được công nhận VLR sẽ thiết lập cờ rời bỏ IMSI và từ chối các cuộc gọi đến trạm MS

- Thông tin rời IMSI có thể được lưu giữ tại VLR Tuỳ chọn cờ rời mạng có thể cũng được thiết lập ở HLR (4a) và công nhận được gởi trở lại VLR

Hình 1.34: Rời bỏ IMSI

2.5.4 Nhập lại IMSI

Nhập lại IMSI xảy ra khi trạm MS được bật lại nguồn và trở lại tích cực mà vẫn ở vùng định vị khi nó vào trạng thái không tích cực Thông tin phát quảng bá của ô sẽ nói cho MS cần nhập lại IMSI hay không

Quá trình nhập IMSI trong trường hợp này xảy ra như sau:

- MS yêu cầu một kênh báo hiệu (1)

- MSC nhận cờ nhập lại mạng từ MS (2)

- MSC gởi bản tin nhập lại IMSI đến VLR (3)

- VLR xóa cờ rời bỏ IMSI và gởi bản tin công nhận nhập lại IMSI đến MSC (4) và trở lại quá trình xử lý cuộc gọi như thường lệ cho MS

- MS nhận chấp nhận bản tin nói trên (5)

Nếu sau khi tắt (rời bỏ IMSI) trạm MS thay đổi vùng định vị, thì khi bật lại nguồn nó phải tiến hành quá trình cập nhật vị trí bình thường để vào lại trạng thái tích cực

VL

(2)

(1)

BSC

(4b)

MSC (1)

BSC

Hình 1.35: Nhập lại IMSI

Báo hiệu cho trừơng hợp cập nhật vị trí khi nhập lại IMSI cũng giống như cập nhật vị trí bình thừơng chỉ khác ở 3 bit ở yêu cầu cập nhật vị trí để chỉ ra kiểu cập nhật và không cần nhận thực

2.5.5 Đăng ký định kỳ

Để tránh việc tìm gọi không cần thiết khi MSC không nhận được bản tin rời bỏ IMSI ở MS không tích cực, tồn tại cập nhật một dạng vị trí khác được gọi là đăng ký định kỳ Quá trình này được cho ở hình 1.36 như sau:

Hình 1.36: Đăng ký định kỳ

- Thông tin hệ thống được phát quảng bá (1) sẽ thông báo cho MS về đăng ký định kỳ có được sử dụng hay không ở ô Nếu có mạng sẽ thông báo cho MS chu kỳ cần thông báo cho mạng rằng nó đang nhập mạng Thông số này được thiết lập bởi nhà khai thác (0 đến 255 của 6 phút) Nếu thông số này được đặt bằng 1 (6 phút) thì

MS phải đăng ký với chu kỳ 6 phút

(1)

BSC

(2b)

(3a)

VL

R MSC

- Thủ tục này được điều khiển bởi cả bộ định thời ở MS (2a) và ở MSC (2b), MSC có chức năng theo dõi thời gian này

- Khi hết thời gian nói trên MS phải thực hiện cập nhật vị trí (3a) Các bộ định thời ở MS và MSC được khởi động lại

- Nếu MS không đăng ký trong khoảng thời gian nói trên bộ phận theo dõi của MSC sẽ đánh dấu MS này vào trạng thái rời mạng (3b)

2.5.6 Tìm gọi

Khi có một cuộc gọi tới trạm MS, MSC/VLR sẽ gởi bản tin tìm gọi đến MS (hình 1.37) bản tin này sẽ đựơc thông báo trên tất cả các ô thuộc vùng định vị (LA) đang có MS MS đang di động trong LA này sẽ nghe thấy bản tin này ở CCCH và trả lời ngay lập tức

2.5.7 Cuộc gọi khởi xướng ở trạm MS (MOC : Mobile Originating Call)

- Khi trạm MS ở trạng thái tích cực và đã đăng ký ở MSC/VLR phụ trách ô,

MS có thể thực hiện cuộc gọi Quá trình thực hiện cuộc gọi được cho ở hình 1.38 như sau:

Hình 1.37: Tìm gọi một MS ở LA2

- Bằng kênh thâm nhập ngẫu nhiên MS gởi yêu cầu kênh báo hiệu đến BTS (1)

- MS thông báo rằng nó muốn thiết lập cuộc gọi (2) Số nhận dạng trạm di động được phân tích và MS đựơc đánh dấu bận ở VLR

- Quá trình nhận thực được thực hiện (3)

- Quá trình mã hóa được thực hiện (4)

- MSC nhận đựơc bản tin thiết lập từ MS có chứa thông tin về loại dịch vụ mà

MS yêu cầu, số thoại bị gọi B (5) MSC kiểm tra là MS không có các dịch vụ cấm gọi ra (dịch vụ này có thể kích hoạt hoặc bởi thuê bao hoặc bởi nhà khai thác) Nếu không bị cấm gọi ra quá trình thiết lập cuộc gọi được tiến hành Giữa MSC và BSC đường truyền được thiết lập và kênh lưu lượng được chiếm MSC gởi yêu cầu đến BSC để ấn định một kênh lưu lượng cho đường vô tuyến

- BSC kiểm tra nếu có kênh lưu lượng rỗi nó ấn định kênh này cho cuộc gọi và yêu cầu BTS kích hoạt kênh này BTS gởi trả lời công nhận khi việc kích hoạt kênh lưu lượng đã hoàn thành (6) BSC thông báo cho MSC về sự hoàn thành này Hệ thống con điều khiển lưu lượng sẽ phân tích các chữ số của số thoại B và thiết lập kết nối đến thuê bao bị gọi Cuộc gọi được nối thông qua chuyển mạch nhóm

(1a

BS )

(2)

VL

R MSC (1b

(3) (4) (5) (6) (7) (8)

Ký hiệu:

1a, 1b: Thiết lập kết nối

RR 2: Chỉ thị dịch vụ 3: Nhận thực 4: Thiết lập chế độ mật mã hóa

5: Khởi đầu cuộc gọi

Hình 1.38: Thiết lập cuộc gọi khởi xướng từ MS không có OACSU

(MOC Without OACSU)

- Báo chuông sẽ được gởi đến trạm MS (7) cho thấy rằng phía bị gọi đang đổ chuông Tông chuông được tạo ra ở tổng đài phía thuê bao B và được gởi qua chuyển mạch nhóm đến MS Như vậy tông chuông được gởi qua đường vô tuyến chứ không tạo ra ở MS

- Khi thuê bao B trả lời mạng gởi bản tin kết nối đến MS thông báo rằng cuộc thoại được chấp nhận (8) MS trả lời bằng công nhận kết nối, như vậy thiết lập cuộc gọi đã hoàn tất

- Quá trình thiết lập cuộc gọi khởi xướng từ trạm di động được trình bày ở trên là cho cuộc gọi MOC không có OACSU (Without off Air Call set up:thiết lập sớm) Thiết lập sớm có nghĩa là mạng cấp phát kênh lưu lượng cho MS trước khi nó khởi đầu thiết lập cuộc gọi ở mạng cố định Cũng có thể có tuỳ chọn với OACSU ở giai đoạn sau của GSM (xem hình 1.39) Lúc này mạng sẽ quyết định khi nào thì cấp phát kênh lưu lượng Cấp phát được thực hiện ở thời điểm bất kỳ sau khi đã khởi đầu thiết lập cuộc gọi ở mạng cố định Cực điểm nhất là mạng có thể cấp kênh lưu lượng sau khi thuê bao B đã trả lời cuộc gọi

- Bản tin báo chuông sẽ đựơc gởi đến MS khi đổ chuông ở phía bị gọi Sự khác nhau ở đây so với trường hợp thiết lập sớm (Without OACSU) là tông báo hiệu chuông được tạo ra ngay ở MS vì kênh lưu lượng vẫn chưa được cấp phát Khi thuê bao B trả lời, mạng khởi xướng thủ tục ấn định để cấp phát kênh lưu lượng

Hình 1.39: Thiết lập MOC với OACSU (With OACSU)

2.5.8 Cuộc gọi kết cuối ở MS (MTC: Mobile Terminatil Call)

- MTC phức tạp hơn MOC vì phía gọi không biết hiện thời MS đang ở đâu Quá trình báo hiệu cho cuộc gọi này được cho ở hình 1.40

- Phía chủ gọi quay số thuê bao di động bị gọi: số mạng dịch vụ, số liên kết của thuê bao di động (MS ISDN) (1) Nếu cuộc gọi khởi đầu từ mạng cố định PSTN thì tổng đài sau khi phân tích số thoại sẽ biết rằng đây là cuộc gọi cho một thuê bao GSM

Hình 1.40: Cuộc gọi từ mạng cố định kết cuối ở MS (MTC)

- Cuộc gọi được định tuyến đến tổng đài GMSC gần nhất (2), đây là một tổng đài có khả năng hỏi và định lại tuyến Bằng phân tích MSISDN tổng đài GMSC tìm

ra HLR nơi MS đăng ký

- GMSC hỏi HLR (3) thông tin để có thể định tuyến đến MSC/VLR đang quản lý MS Bằng MSISDN tìm ra IMSI và bản ghi của thuê bao IMSI là số của thuê bao chỉ sử dụng ở trong mạng báo hiệu, địa chỉ của VLR nơi MS đang đăng ký tạm thời được lưu giữ cùng với IMSI trong VLR

- HLR giao tiếp với VLR để nhận được số lưu động thuê bao (MSRN: Mobile Subscriber Roaming Number) (4), đây là một số thoại thông thường thuộc tổng đài MSC

- VLR gởi MSRN đến HLR, sau đó HLR chuyển số này đến GMSC (S)

BS

GMS

VL

HL

MSC

Tổng đài nội hạt

(5) (4) (6)

(7)

(9 (9

PST

N (1)

- Bằng MSRN GMSC có thể định tuyến lại cuộc gọi đến MSC tương ứng (6), GMSC gởi bản tin nhận được từ PSTN đến MSC

Hình 1.41: Khác nhau giữa thiết lập sớm (without OACSU) và thiết lập muộn

(with OACSU) ở MTC

- Để giảm tối thiểu giá thành, có thể sử dụng PSTN để định tuyến lại cuộc gọi,

ở các nước có mạng PSTN đắt hoặc hoạt động không tốt thì tốt nhất là xây dựng một mạng kết nối riêng giữa các MSC và GMSC

- MSC biết được vị trí của MS và nó gởi bản tin tìm gọi đến tất cả các BSC đang quản lý vùng định vị này (7) Ở mạng GSM tồn tại hai khả năng hoặc thông tin về các ô trực thuộc một vùng định vị được lưu giữ ở MSC, hoặc thông tin này được lưu giữ ở BSC Ở mạng CME 20 chẳng hạn thông tin này được lưu giữ ở BSC

- MSC gởi LAI (nhận dạng vùng định vị) xuống các BSC và BSC phân phát bản tin tìm gọi đến các BTS (8)

- Để tìm gọi MS, IMSI được sử dụng (9) Có thể sử dụng số nhận dạng tạm thời TMSI để đảm bảo bí mật

- Ngay sau khi nhận được bản tin tìm gọi MS gởi yêu cầu kênh báo hiệu MSC có thể thực hiện nhận thực và khởi đầu mật mã hóa như đã xét ở phần trên MSC có thể gởi đến MS thông tin về các dịch vụ được yêu cầu: tiếng, số liệu, fax…