... Communication 27 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GSM GPRS Phần đ t thêm vào GSM đ cung cấp dịch vụ liệu gói Thêm vào môđun: GGSN: cung cấp cỗng nối kết Internet/PSDN SGSN: hoạt đ ng giao diện... Identifier (SAPI): SAPI dùng tất thông điệp đ n/đi qua g.diện vô tuyến SAPI 62 cung cấp vận chuyển thông điệp O&M BTS BSC SAPI 63 dùng cho quản lý đ ng TEI chức quản lý tầng College Of Information... giao thức Mobile Application Part (MAP) (GSM Rec 09. 02) Điều khiển truy vấn sở liệu mạng vô tuyến di đ ng (HLR, VLR, EIR, …) Quản lý truy cập đ nh vị, MSC-MSC handoff, chức bảo mật, O&M,
Trang 1TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GSM
Các giao diện của GSM
Trang 2 Các số trong ngoặc chỉ ra các chỉ định tương ứng của ETSI-GSM
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GSM
Các giao diện của GSM - Các tầng
Trang 3 Layer 1: Physical layer
Truyền tín hiệu vật lý
Đo lường chất lượng kênh truyền
Dùng các link GSM Rec 04.04, PCM 30 hoặc ISDN (GSM Rec.08.54 trên giao diện Abis và 08.04 trên các giao diện từ A đến F)
Layer 2: Data link layer
Đa hợp các nối kết ở tầng 2 trên các kênh điều khiển/báo hiệu
Phát hiện lỗi (dựa trên HDLC)
Điều khiển luồng (Flow control)
Bảo đảm chất lượng truyền dữ liệu
Chọn đường
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GSM
Các giao diện của GSM – Các tầng
Trang 4 Layer 3: Network layer
Quản lý nối kết (air interface)
Trang 5 Layer 1 (GSM Rec 04.04): giao diện Um
Layer 2 (GSM Rec 04.05/06): giao thức LAP-Dm (tương
Trang 6 Layer 3 (GSM Rec 04.07/08) với các tầng con cho việc điều khiển các chức năng của kênh báo hiệu (BCH, CCCH và DCCH):
Quản lý tài nguyên vô tuyến (RR: Radio Resource management): thiết lập và xoá các nối kết giữa MS và MSC trong thời gian cuộc gọi; giữ vững nối kết bất chấp sự di chuyển của người dùng
Chọn cell
Chuyển tiếp (handoff)
Cấp phát và thu hồi các kênh point-to-point
Giám sát và chuyển tiếp (forward) các nối kết vô tuyến
Trang 7 Layer 3 (GSM Rec 04.07/08)
Mobility Management (MM): quản lý các chức năng điều khiển di động
Chứng thực
VLR gán, quản trị, cập nhật TMSI thay cho IMSI của MS viếng thăm
Quản lý vị trí của thuê bao
Connection Management (CM): thiết lập, bảo trì và thu hồi nối kết chocuộc gọi
Call control (CC): quản lý nối kết cuộc gọi
Supplementary service support (SS): quản lý các dịch vụ đặc biệt
Short message service support (SMS): truyền các tin nhắn ngắn
Các thông điệp CM và MM được trao đổi giữa MSC hoặc MS dùnggiao thức DTAP (Direct Transfer Application Part) trên giao diện A
Các thông điệp RR được ánh xạ đến/từ BSSAP (Base Station SystemAplication Part) cho việc trao đổi với MSC
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GSM
Các giao diện của GSM – GD không khí
Trang 8 200 KHz carrier frequency: 124 cặp kênh duplex
Khung được chia thành 8 khe thời gian (burst/time slot):
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GSM
Radio Interface
3 57 bits 1 26 bits 1 57 bits 3 8.25 bits
Burst (148 bits or 0.546 msec)
Time Slot (156.25 bits or 0.577 msec)
Flag Data Tailing
GSM burst structure
Trang 9 Phân chia line giữa chức năng BSC và BTS
BSC và BTS có thể được nối kết dùng leased lines, radio link, metropolitan area network (MAN), LAN, …
Tồn tại 2 dạng kênh giữa BSC và BTS:
Traffic Channel (TCH): được cấu hình theo dạng 8, 16 và 64 kbps,dùng cho chuyển dữ liệu người dùng
Signaling/Control Channel (CCH): được cấu hình theo dạng 16,
32, 56 và 64 kbps, dùng cho mục đích báo hiệu giữa BTS và BSC
Mỗi transceiver (transmitter + receiver) thường yêu cầu một kênh báo hiệu trên Abis interface
Dữ liệu được gởi theo dạng khung TRAU (Transcoder Rate Adapter Unit)
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GSM
A bis Interface
Trang 10 Layer 1 (GSM Rec 08.54)
2.048 Mbps (ITU-T: E1) hoặc 1.544 Mbps (ANSI: T1) PCM link
Với kênh báo hiệu 64/32/16 kbps và kênh lưu thông 16 kbps
Layer 2 (GSM Rec 08.56)
Dùng giao thức LAP-D cho thông điệp dữ liệu giữa BTS và BSC
Service Access Point Identifier (SAPI) cho nhận dạng link đượctruyền trong giao thức LAPD (có từ ISDN)
Layer 3 (GSM Rec 08.58/4.08)
BTS management (BTSM) qua 3 nối kết báo hiệu logic được nhậndạng qua Service Access Point Identifier (SAPI):
SAPI 0 được dùng bởi tất cả thông điệp đến/đi qua g.diện vô tuyến
SAPI 62 cung cấp vận chuyển thông điệp O&M giữa BTS và BSC
SAPI 63 dùng cho quản lý động của TEI và chức năng quản lý tầng 2
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GSM
A bis Protocol
Trang 11 Định nghĩa giao diện giữa BSC và MSC
TCH được chuyển đổi từ 64 kbps thành 16 kbps trong thiết bị transcoder
Hai trường hợp cho nơi chứa thiết bị transcoder:
Tại BSC hoặc BTS: traffic channel (TCH) giữ toàn bộ 64 kbpstimeslot trong liên kết 2 Mbps hoặc 1.544 Mbps PCM link (layer 1,GSM Rec 08.04)
Tại MSC: TCH là 16 kbps trên A interface
Ít nhất 2 timeslot trên PCM link cần thiết cho mục đích điều khiển và báo hiệu
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GSM
A Interface
Trang 12 Giao thức báo hiệu (tầng 2 & 3) giữa BSC và MSC dựa trên chuẩn SS7
Được truyền theo dữ liệu người dùng trong PCM link (dùng timeslot 16 (TS16) của 64 kbps frame)
Các giao thức:
Layer 1 (GSM Rec 08.04): 2.048 Mbps (ITU-T: E1) hoặc 1.544Mbps (ANSI: T1) PCM link
Layer 2 (GSM Rec 08.06) SS7-based protocols:
Gthức Message transfer part (MTP): truyền bảo mật giữa BSC & MSC
Giao thức Signaling connection control part (SCCP)
Nối kết SCCP có thể được khởi tạo bởi MS hoặc MSC
Một nối kết SCCP có thể gồm các giao thức sau:• From the MS:
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GSM
A Protocol
Trang 13 Một nối kết SCCP có thể gồm các giao thức sau:
GThức Base station management application part (BSSMAP)
GThức Direct transfer application part (DTAP): truyền các thông điệp CC và
MM thông qua BTS và BSC
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GSM
A Protocol
Trang 14 Mobile Application Part (MAP) (GSM Rec 09.02)
Điều khiển các truy vấn cơ sở dữ liệu trên mạng vô tuyến di động(HLR, VLR, EIR, …)
Quản lý truy cập và định vị, MSC-MSC handoff, chức năng bảo mật,
O&M, SMS, và các dịch vụ bổ sung
Transaction Capabilities Application Part (TCAP)
Cung cấp các cuộc gọi và các chức năng quản lý các yêu cầu đếncác quá trình ứng dụng phân tán
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GSM
Giao diện MSC và các giao thức
Trang 15 ISDN User Part (ISUP)
Điều khiển interworking (ví dụ thiết lập/xoá cuộc gọi) giữa PublicLand Mobile Networks (PLMNs) và các mạng khác và cung cấpcùng chức năng như TUP
Intelligent Network Application Part (INAP)
Cài đặt các dịch vụ bổ sung thông minh (ví dụ cuộc gọi miễn phí,chọn đường phụ thuộc vào thời gian)
Telephone User Part (TUP)
Cài đặt interworking giữa PLMNs và các mạng khác
Được dùng cung cấp các nối kết quốc tế và đã được thay thế bằngISUP
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GSM
Giao diện MSC và các giao thức
Trang 16TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GSM
GSM Logical Channels
Trang 17 Traffic Channel (TCH)
TCH/F (Full-rate TCH): 13 Kbps (tiếng nói); 9.6/4.8/2.4 Kbps (dữliệu)
TCH/H (Half-rate TCH): 6.5 Kbps (tiếng nói); 4.8/2.4 Kbps (dữ liệu)
Multiframe: nhóm của 26 khung TDMA (chiều dài 120 ms)
24 được dùng cho lưu thông (tiếng nói hoặc dữ liệu người dùng)
1 được dùng cho slow associated control channel (SACCH)
1 hiện chưa dùng
TCHs cho uplink và downlink được chia theo thời gian bởi 3 burst(time slot) periods
MS không phải truyền và nhận đồng thời
Đơn giản mạch điện tử; tránh các bộ lọc antena duplex
Giảm đi sự phức tạp giúp giảm tiêu thụ công suất
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GSM
GSM Logical Channels
Trang 18 Broadcast Channels (BCH)
Chỉ mang thông tin downlink: dùng đồng bộ hoá và sửa đổi tần số
Chỉ cho kênh có khả năng giao tiếp point-to-multipoint, trong đó cácthông điệp ngắn được truyền đồng thời đến nhiều MS
Broadcast control channel (BCCH)
Thông tin chung, cell xác định Ví dụ local area code (LAC), thao tác mạng, các thông số truy cập, danh sách các cell láng giềng,…
MS nhận tín hiệu qua BCCH từ nhiều BTS bên trong sùng mạng và/hoặc các mạng khác nhau
Báo cho các MS mức công suất ban đầu của chúng
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GSM
GSM Logical Channels
Trang 19 Broadcast Channels (BCH)
Frequency correction channel (FCCH)
Sửa đổi tần số của MS
Truyền tần số chuẩn cho MS
Cũng được dùng cho đồng bộ hoá của một việc thu nhận bằng cách cung cấp ranh giới giữa các timeslot và vị trí của timeslot đầu tiên của một TDMA frame
Synchronization channel (SCH)
Đồng bộ hoá frame (TDMA frame number) và nhận dạng cùa BS
Tiếp nhận một SCH burst cung cấp cho MS tất cả thông tin cần thiết để đồng bộ hoá một BTS đã cho
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GSM
GSM Logical Channels
Trang 20 Common control channels (CCCH)
Các kênh uplink và downlink giữa MS card và BTS
Chuyển thông tin từ mạng đến các MS và cung cấp truy cập mạng
Paging channel (PCH)
Chỉ cho downlink; MS được thông báo (bởi BTS) về các call đến bằng PCH
Access grant channel (AGCH)
Chỉ cho downlink; BTS cấp phát một TCH/SDCCH cho MS, cho phép MS truy cập vào mạng
Random access channel (RACH)
Chỉ cho uplink
Cho phép MS yêu cầu một Stand-alone dedicated control channel (SDCCH) để trả lời một trang hoặc một cuộc gọi
MS chọn một thời gian ngẫu nhiên để gởi trên kênh này
PCH và AGCH được truyền trên 1 kênh được gọi là paging andaccess grant channel (PAGCH), chúng được chia theo thời gian
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GSM
GSM Logical Channels
Trang 21 Dedicated control channels (DCCH)
Dùng cho roaming, handoff, encryption, …
Stand-alone dedicated control channel (SDCCH)
Kênh giao tiếp giữa MS và BTS
Báo hiệu trong khi thiết lập cuộc gọi, trước khi cấp kênh TCH
Cần ~480ms để truyền một thông điệp qua SDDCH
Fast associated control channel (FACCH)
Tương tự SDCCH, nhưng dùng song song với thao tác của TCH
Nếu tốc độ dữ liệu của FACCH không đủ, “borrowing mode” được dùng (ví dụ, băng thông bổ sung được mượn từ TCH); xuất hiện cho những thông điệp kết hợp với chứng thực thiết lập cuộc gọi cho thuê bao, quyết định handoff, …
Cần ~40ms để truyền thông điệp qua FACCH
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GSM
GSM Logical Channels
Trang 22 Dedicated control channels (DCCH)
Slow associated control channel (SACCH)
Luôn được cấp cho một TCH hoặc SDCCH
Được dùng cho thủ tục “non-urgent”: dữ liệu quản lý vô tuyến (field strength, dùng quyết định handoff), power control (downlink only), timing advance, …
Kênh 260bps, đủ cho báo cáo về cell hiện tại cho đến 6 láng giềng 2 lần/s (nếu không có lưu thông khác trên kênh này)
Chú ý rằng MS được báo về các tần số dùng giám sát (các BTS có một mã màu được gán cho chúng để cho MS có thể báo cáo về nhiều BTS dùng cùng tần số)
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GSM
GSM Logical Channels
Trang 23 GSM phase 2 hỗ trợ 2 nhóm dịch vụ dữ liệu:
Dịch vụ tin nhắn ngắn (Short message services)
Dịch vụ chuyển tin (Bearer services)
Short message services:
Là một phần của gói đăng ký cơ bản
Kích thước tối đa 160 byte
Cho phép kết nối các message
Bearer services:
Tương tự các dịch vụ của ISDN
Tốc độ dữ liệu: 9.6 Kbps
Nối kết dạng mạch hoán chuyển (Circuit-switched)
Kênh truyền được giành riêng: thời gian thiết lập kênh rất dài
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GSM
Data Services
Trang 25 TE (Terminal Equipment)
IWF (Interworking Function)
TAF (Terminal Adaption Function)
PSDN (Public Switched Data Network)
PSTN (Public Switched Telephone Network)
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GSM
HSCSD
HSCSD Architecture
Trang 26 Giao diện vô tuyến:
Multiple, với timeslot độc lập
RLP (Radio Link Protocol)
Khuyết điểm của multiple timeslot:
HSCSD chuyển mạch kênh, dùng các khe thời gian liên tục ngay
cả khi không có tìn hiệu trên kênh truyển
Tỉ lệ nghẽn mạch (blocking rate) của hệ thống sẽ tăng lên
Giải pháp: gán tài nguyên linh động
Trang 27 SGSN (Serving GPRS Support Node)
GGSN (Gateway GPRS Support Node)
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GSM
GPRS
Trang 28 Phần đặt thêm vào GSM để cung cấp dịch vụ dữ liệu gói
Thêm vào 2 môđun:
GGSN: cung cấp cỗng nối kết Internet/PSDN
SGSN: hoạt động như giao diện giữa GGSN và thuê bao
Dùng các kênh không dùng của TDMA time slot
Dùng giao thức chuyển gói (Packet-switched protocol)
Cache: chứa thông tin để tăng tốc độ chọn đường
Radio link: MAC cho packet switching