Hệ thống thông tin di động GSM

Chẳng hạn SS có thể sử dụng mạng báo hiệu kênh chung số 7 CCS7, mạng này bảo đảm hoạt động tương tác giữa các phần tử của SS trong nhiều hay một mạng GSM.. ❖ Báo hiệu giữa các tổng đài c

TẬP ĐOÀN ĐIỆN LỰC TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

ĐỒ ÁN ĐTVT

Hệ thông thông tin di động GSM

Giáo viên hướng dẫn :

Sinh viên thực hiện : Vũ Ngọc Oánh

Vũ Văn Tiến Lớp : Đ4LT – ĐTVT3

Nam Định, 10 - 2010

Lới Nói Đầu

Một trong những phát minh vĩ đại nhất của con người trong thời gian khoảng thập niên 80 là việc con người đã phát minh ra điện thoại di động Điện thoại di động đem lại lợi ích vô cùng lớn cho con người, trong mọi lĩnh vực thông tin liên lạc, nó giúp con người xích lại gần nhau không phân biệt khoảng cách xa gần, xóa bỏ khoảng cách không gian về địa lý mọi người đều có thể trực tiếp nói chuyện với nhau điều này góp phần to lớn trong việc trao đổi buôn bán giao lưu kinh tế nó tham gia một cách tích cực vào cuộc sống của con người kể từ khi điện thoai di động ra đời nó đã trở thành thiết bị mang tính chuyên biệt rồi trở thành vật dụng thiết yếu đối với mỗi con người trong cuộc sống và sinh hoạt Qua II thập kỷ gần đây với sự phát triển không ngừng của khoa học công nghệ nói chung và công nghệ di động nói riêng đã có những bước tiến đáng kể nó đã đáp ứng được rất nhiều các dịnh vụ mà con người cần thiết

Chính sự quan trọng của công nghệ di động đối với cuộc sống và sự đam mê đối với nghành công nghệ còn khá mới mẻ này Là một sinh viên khoa điện tử viễn thông em đã quyết định chọn đề tài “hệ thống thông tin di động mang GSM” để nghiên cứu

Chương I: Cấu trúc mạng GSM

1 Tổng quan mạng mạng GSM

11 Cấu trúc mạng GSM

Hình 1.1 CẤU TRÚC MẠNG GSM

Trong đó:

SS: Swithching system – hệ thống chuyển mạch

AUC: Trung tâm nhận thực

VLR: Bộ ghi định vị tạm trú

HLR: Bộ ghi định vị thường trú

EIR: Equipment Identifed Reader – Bộ ghi nhận dạng thiết bị

MSC: Mobile Switching Central –trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động BTS: Base station system –hệ thống trạm gốc

BSC: Base station Control – Đài điều khiển trạm gốc

MS: Máy di động

OSS: Operating and surveilance System –Hệ thống khai thác và giám sát

OMC: Operating and Maintaining Central –trung tâm khai thác và bảo dưỡng

ISDN: Mạng số liên kết đa dịch vụ

PSTN: Mạng điện thoại mặt đất công cộng

CSPDN: Mạng chuyển mạch số công cộng theo mạch

PLMN: Mạng di động mặt đất công cộng

MS: Máy di động

Hệ thống GSM được chia thành hệ thống chuyển mạch (SS hay NSS) và hệ thống trạm gốc (BSS) Hệ thống được thực hiện như một mạng gồm nhiều ô vô tuyến cạnh nhau để cùng đảm bảo toàn bộ vùng phủ sóng của vùng phục vụ Mỗi ô

có một trạm vô tuyến gốc BTS làm việc ở một tập hợp các kênh vô tuyến Các kênh này khác với các kênh được sử dụng ở các ô lân cận để tránh giao thoa nhiễu Một

bộ điều khiển trạm gốc BSC điều khiển nhóm BTS BSC điều khiển các chức năng như một trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động MSC điều khiển một số trạm BTS MSC điều khiển các cuộc gọi đến và từ mạng chuyển mạch điện thoại công cộng PSTN, mạng số liên kết đa dịch vụ ISDN, mạng di động mặt đất công cộng PDN, và có thể là các mạng riêng Ở mạng cũng có một số các cơ sở dữ liệu để theo dõi như:

- Bộ đăng ký định vị thường trú HLR chứa thông tin về thuê bao như các dịch vụ

bổ xung các thông số nhận thực và thông tin về vị trí của MS

- Trung tâm nhận thực AUC được nối đến HLR Chức năng của AUC là cung cấp cho HLR các thông số nhận thực và các khóa mật mã để sử dụng cho các khóa bảo mật

- Bộ ghi định vị tạm trú VLR : là một cơ sở dữ liệu chứa thông tin về tất cả các MS hiện đang phục vụ của vùng MSC, Mỗi MSC có một VLR

- Thanh ghi nhận dạng thiết bị EIR được nối với MSC qua một đường báo hiệu nó cho phép MSC kiểm tra sự hợp lệ của thiết bị,chuyển giao, điều khiển công suất

1.2 Cấu trúc địa lý của mạng

Mọi mạng điện thoại đều có một cấu trúc nhất định để định tuyến các cuộc gọi đến tổng đài cần thiết và cuối cùng đến thuê bao bị gọi Trong mạng di động cấu trúc này rất quan trọng do tính lưu thông của các thuê bao trong mạng

mạng di động cellular (GSM)

a Vùng mạng

Các đường truyền giữa mạng GSM/PLMN và mạng PSTN/ISDN khác hay các mạng PLMN khác sẽ ở mức tổng đài trung kế quốc gia hay quốc tế Trong một mạng GSM/PLMN tất cả các cuộc gọi kết cuối di động đều được định tuyến đến một tổng đài vô tuyến cổng (GMSC) GMSC làm việc như một tổng đài trung kế vào cho GSM/PLMN Đây là nơi thực hiện chức năng hỏi định tuyến cuộc gọi cho các kết cuối di động

Hình 1.3 Vùng mạng GSM/PLMN

b Vùng phục vụ: MSC/VLR

Vùng phục vụ là bộ phận của mạng được MSC quản lý Để định tuyến cuộc gọi đến thuê bao di động, đường truyền qua mạng sẽ được nối đến MSC ở vùng phục vụ MSC nơi thuê bao đang ở

Vùng phục vụ là bộ phận của mạng được định nghĩa như một vùng mà ở đó

có thể đạt đến một trạm di động nhờ việc trạm MS này được ghi lại ở một bộ ghi tạm trú, một vùng mạng GSM/PLMN được chia thành một hay nhiều vùng phục vụ MSC/LVR

c Vùng định vị (LA: Location Area )

Mỗi vùng phục vụ MSC/VLR được chia thành một số vùng định vị Vùng định vi là một phần của vùng phục vụ MSC/VLR mà ở đó một MS có thể chuyển động tự do mà không cần cập nhật thông tin về vị trí tổng đài MSC/VLR Hệ thống

có thể nhận dạng vùng định vị bằng cách sử dụng nhận dạng vùng đinh vị LAI Vùng định vị hệ thống sử dụng để tìm một thuê bao Đang ở trạng thái hoạt động

d Ô (Cell)

Vùng định vị được chia thành một số ô Ô là một vùng bao phủ vô tuyến được mạng nhận dạng bằng nhận dạng ô toàn cầu (CGI –Cell Global Identity) Trạm di động tự nhận dạng ô bằng cách sử dụng mã nhận dạng trạm gốc (BISC Base station Identity Code )

Các vùng ở GSM có mối liên hệ chặt chẽ với nhau Mối quan hệ giữa các vùng của GSM (được thể hiện ở hình 1.3)

1.3 Hệ thống chuyển mạch (ss- swictching subsytem)

Hệ thống chuyển mạch bao gồm các chức năng chuyển mạch chính của GSM cũng như các cơ sở dữ liệu cần thiết cho số liệu thuê bao và quản lý di động của thuê bao Chức năng chính của SS là quản lý thông tin giữa những người sử dụng của mạng GSM với nhau và với mạng khác

a Trung tâm chuyển mạch các nghiệp vụ di động (MSC –Mobile service switching centre)

Ở SS chức năng chính chuyển mạch chính được MSC thực hiện, nhiệm vụ chính của MSC là điều phối việc thiết lập cuộc gọi đến những người sử dụng mạng GSM Một mặt BSC giao tiếp với hệ thống con BSS, mặt khác giao tiếp với mạng ngoài được gọi là MSC cổng Việc giao tiếp với mạng ngoài để đảm bảo thông tin cho những người sử dụng mạng GSM đòi hỏi cổng thích ứng SS cũng cần giao tiếp với mạng ngoài để sử dụng các khả năng truyền tải của các mạng này cho việc truyền tai số liệu của người sử dụng hoặc báo hiệu giữa các phần tử của mạng GSM

Chẳng hạn SS có thể sử dụng mạng báo hiệu kênh chung số 7 (CCS7), mạng này bảo đảm hoạt động tương tác giữa các phần tử của SS trong nhiều hay một mạng GSM MSC thường là một tổng đài lớn điều khiển và quản lý một số các bộ điều khiển trạm gốc BSC Một tổng đài MSC thích hợp cho một vùng đô thị và ngoại ô

có dân cư vào khoảng một triệu (với mật độ thuê bao trung bình)

Để kết nối MSC với một số mạng khác cần phải thích ứng các đặc điểm truyền dẫn của GSM với các mạng này Các thích ứng này được gọi là các chức năng tương tác IWF bao gồm một số thiết bị để thích ứng giao tiếp truyền dẫn Nó cho phép kết kết nối với các mạng: PSTPDN (Packet swictched public dât network: Mạng số liệu công cộng chuyển mạch gói) hay CSPDN (Circuit siched public daat network: Mạng số liệu chuyển mạch công cộng chuyển mạch theo mạch), nó cũng tồn tại khi các mạng khác chỉ đơn thuần là PSTN hay ISDN IWF có thể được thực hiện trong cùng chức năng MSC hay có thể ở thiết bị riêng, ở trường hợp hai giao tiếp giữa MSC và IWF được để mở

b Bộ ghi định vị thường trú ( HLR –Home Location Register)

Ngoài MSC, SS bao gồm các cơ sở dữ liệu Các thông tin liên quan đến việc cung cấp các dịch vụ viễn thông được lưu giữ ở HLR không phụ thuộc vào vị trí hiện thời của thuê bao HLR cũng chứ các thông tin liên quan đến vị trí hiện thời của thuê bao Thường HLR là một máy tính đứng riêng không có khả năng chuyển mạch nhưng có khả năng quản lý hàng trăm thuê bao Một chức năng con của HLR

là nhận dạng trung tâm nhận thực AUC mà nhiêm vụ của trung tâm này là quản lý

an toàn số liệu của các thuê bao được phép

c Bộ ghi định vị tạm trú (VRL-Lisitor –location register)

VRL là cơ sở dữ liệu thứ hai trong mạng GSM Nó được nối với một hay nhiều MSC và có nhiện vụ lưu giữ tạm thời số liệu thuê bao của các thuê bao hiện đang nằm trong vùng phục vụ của MSC tương ứng và đồng thời lưu giữ số liệu về

vị trí của các thuê bao nói trên ở mức độ chính sác hơn HLR Mỗi MSC có một HLR Ngay khi MS lưu động vào một vùng MSC mới, VLR liên kết với MSC sẽ

yêu cầ số liệu về MS này từ HLR Đồng thời HLR sẽ thông báo là MS đang ở vùng phục vụ nào Nếu sau đó MS muốn thực hiện một cuộc gọi, VRL sẽ có tất cả thông tin cần thiết để thiết lập cuộc gọi mà không cần hỏi HLR Có thể coi VLR như một HLR phân bố

- Dữ liệu bổ xung được lưu giữ ở HLR gồm:

+ Tình trạng của thuê bao (bận, rỗi, không trả lời…)

SS có thể chứa nhiều MSC, VLR, HLR Để thiết lập một cuộc gọi đến người

sử dụng GSM, trước hết cuộc gọi phải được định tuyến đến tổng đài cổng được gọi

là GSMC mà không cần biết hiện thời thuê bao đang ở đâu Các tổng đài cổng có nhiệm vụ lấy thông tin về vị trí của thuê bao và định tuyến cuộc gọi đến tổng đài đang quản lý thuê bao ở thời điểm hiện thời (MSC tạm trú) Để vậy, trước hết các tổng đài cổng phải dựa trên số danh bạ của thêu bao để tìm đúng HLR cần thiết và hỏi HLR này Tổng đài cổng có một giao diện với một mạng bên ngoài thông qua giao diện này nó làm nhiệm vụ cổng để kết nối các các mạng bên ngoài với mạng GSM Ngoài ra tổng đài này cũng có giao diện báo hiệu đường dây số 7 (CCS7) để

có thể tương tác với các phần tử khác của SS Về phương diện kinh tế không phải bao giờ tổng đài cũng đứng riêng mà thường được kết hợp với MSC

e Trung tâm nhận thực (AUC-Authentication Center)

Trung tâm nhận thực AUC có chức năng cung cấp cho HLR các thông số nhận thực và các khóa mật mã Trung tâm nhận thực liên tục cung cấp các bộ ba cho từng thuê bao Các bộ ba này được coi như là số liệu liên quan đến thuê bao Một bộ ba (RAND, SRES, khóa mật mã (Ks) được sử dụng để nhận thực một cuộc

gọi để tránh trường hợp Card thuê bao (card thông minh) bị mất Ít nhất phải luôn

có bộ ba mới (cho một thuê bao) ở HLR để luôn có thể cung cấp bộ ba này theo yêu

cầ của MSC/VLR AUC chủ yếu chứa một số các máy tính cá nhân gọi là PC- AUC

để tạo ra các bộ ba và cung cấp chúng đến HLR

PC- AUC được coi như thiết bị vào/ra (I/O)

Trong AUC các bước sau đây để tạo ra bộ ba:

- Một số ngẫu nhiên không thể đoán trước được (RAND) được tạo ra

- RAND và Ki được sử dụng để tính toán trả lời được mật hiệu (SRES) và khóa mật mã (Kc) bằng hai thuật toán:

Kc = A8 (RAND, Ki)

- RAND, SRES và Kc cũng được đưa đến HLR như một bộ ba

- Qúa trình nhận thực sẽ luôn diễn ra mỗi lần thuê bao truy cập vào mạng của hệ thống

Qúa trình nhận thực diễn ra như sau:

VLR có tất cả thông tin yêu cầu để thực hiện quá trình nhận thực (Kc, SRES, RAND) Nếu các thông tin này không sẵn có ở VLR thì VLR sẽ yêu cầu chúng từ HLR/AUC

1 Bộ ba (Kc, SRES, RAND) được lưu giữ nó trong VLR

2 VLR gửi RAND qua MSC và BSS tới MS ( không được mã hóa)

3 MS sử dụng các thuật toán A3 và A8 và tham số Ki được lưu giữ trong SIM card của MS, cùng với RAND nhận được từ VLR, sẽ tính toán các giá trị của SRES và Kc

4 MS gửi SRES không mã hóa tới VLR

5 Trong VLR giá trị của SERS được so sánh với SRES mà nhận được từ máy di động Nếu hai giá trị này là phù hợp thì nhận thực là thành công

6 Máy di động tính toán Kc từ RAND và Ki (Ki ở trong SIM) bằng thuật toán A8

7 Dùng Kc, thuật toán A5 và số siêu siêu khung sự mã hóa giữa MS và BSS bây giờ có thể xảy ra qua giao diện vô tuyến

f Chức năng tương tác (IWF –Interworking function)

IWM cung cấp chức năng để đảm bảo hệ thống GSM có thể giao tiếp với nhiều dạng khác nhau của mạng số liệu tư nhân và công cộng đang được sử dụng

Các đặc điển cơ bản của IEM gồm:

- Sự thích hợp tốc độ dữ liệu

- Sự chuyển đổi giao thức

Một số hệ thống yêu cầu nhiều khả năng của IWM hơn các hệ thống khác, điều này phụ thuộc vào mạng mà IWM được nối tới

CCS7 phụ thuộc quy định của từng nước, một hãng khai thác GSM có thể có mạng báo hiệu CCS7 riêng hay chung Nếu hãng khai thác có mạng báo hiệu này thì riêng các điểm chuyển giao báo hiệu (STP) có thể là một bộ phận của SS và có thể được thực hiện ở các điểm nút riêng hay trong cùng một MSC tùy thuộc vào hoàn cảnh kinh tế Tương tự, một nhà khai thác GSM cũng có thể có quyền thực hiện một mạng riêng để định tuyến các cuộc gọi giữa GMSC và MSC hay thậm chí định tuyến cuộc gọi ra đến điểm gần nhất trước khi sử dụng mạng cố định Lúc này các tổng đài quá giang có thể sẽ là một bộ phận của mạng GSM và có thể được thực hiện như một nút đứng riêng hay kết hợp với MSC

1.4 Hệ thống trạm gốc BSS

Có thể nói BSS là một hệ thống các thiết bị đặc thù riêng cho các tính chất tổ ong vô tuyến của GSM BSS giao diện trực tiếp với các trạm di động (MS) thông qua giao diện vô tuyến Vì thế nó bao gồm các thiết bị phát và thu đường truyền vô tuyến và quản lý các chức năng này Mặt khác BSS thực hiện giao diện với các tổng đài SS Tóm lại BSS thực hiện đấu các MS với tổng đài và nhờ vậy đấu nối những

người sử dụng các trạm di động với những người sử dụng viễn thông khác BSS cũng phải được điều khiển và ít vậy nó được đấu nối với OSS

BSS bao gồm hai loại thiết bị: BTS giao diện với MS và BSC giao diện với MSC

a Trạm thu phát gốc (BTS –Base transceiver station)

Một BTS bao gồm các thiết bị thu phát, anten và xử lý tín hiệu đặc thù cho giao diên vô tuyến Có thể coi BTS là các Modem vô tuyến phức tạp có thêm một

số các chức năng khác Một bộ phận quan trọng của BTS là TRAU TRAU là thiết

bị mà ở đó quá trình mã hóa và giải mã tiếng đặc thù riêng cho GSM được tiến hành, ở đây cũng thực hiện thích ứng tốc độ truyền, trường hợp truyền số liệu TRAU là một bộ phận của BTS, nhưng cũng có thể đặt cách xa BTS và thậm chí trong nhiều trường hợp được đặt giữa BSC và MSC

Các chức năng chính của BTS là :

- Biến đổi truyền dẫn (dây dẫn –vô tuyến)

- Các phép đo vô tuyến

- Giám sát và kiểm tra

Mỗi BTS có thể có tối đa 4 bộ thu phát (TRX –Transceiver) Bộ thu phát cho phép đấu nối 16 TRX trên cùng một anten Có thể đấu nối 32 TRX đến cùng một trạm anten thu

b BSC

BSC có nhiệm vụ quản lý tất cả giao diện vô tuyến thông qua các lệnh điều khiển từ xa BTS và MS Các lệnh này chủ yếu là lệnh ấn định, giải phóng kênh vô tuyến và quản lý chuyển giao (Handover) Một phía BSC được nối với BTS còn phía kia được nối với MSC của SS Trong thực tế BSC là một tổng đài nhỏ có khả năng tính toán đáng kể Vai trò chủ yếu của nó là quản lý các kênh ở giao diện vô tuyến và chuyển giao Một BSC trung bình có thể quản lý tới vài chục BTS phụ thuộc vào lưu lượng của các BTS này Giao diện giữa BSC với MSC được gọi là giao diện A, còn giao diện giữa nó với BTS được gọi là giao diện Abis

BSC có các chức năng chính sau:

- Giám sát các trạm vô tuyến gốc

- Quản lý mạng vô tuyến

- Điều khiển nối thông đến các máy di động

1.5 Trạm di động MS

Trạm di động là thiết bị duy nhất mà người sử dụng có thể thường xuyên nhìn thấy của hệ thống MS có thể là thiết bị đặt trong ô tô hay thiết bị xách tay hay cầm tay Loại thiết bị nhỏ cầm tay sẽ là thiết bị trạm di động phổ biến nhất Ngoài việc chứa các chức năng vô tuyến chung và sử lý giao diện vô tuyến, MS còn phải cung cấp giao diện với người sử dụng (như mic, loa, màn hình, bàn phím để quản lý cuộc gọi) hoặc giao diện với một số thiết bị khác như giao diện với máy tính cá nhân, fax… Hiện nay người ta đang cố gắng sản suất các thiết bị đầu cuối gọn nhẹ

để đấu nối với trạm di động Việc lựa chọn các thiết bị đầu cuối hiện để mở cho các nhà sản suất Ta có thể liệt kê ba chức năng chính:

- Thiết bị đầu cuối thực hiện các chức năng không liên kết qua mạng GSM

- 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 Cần sử dụng bộ thích ứng đầu cuối khi giao diện ngoài trạm di động tuân theo tiêu chuẩn ISDN để đấu nối đầu cuối – modem

Cấu trúc của một máy di động:

Máy di động gồm thiết bị di động ME (Mobile equipment) và modun nhận dạng thuê bao SIM

Modun nhận dạng thuê bao:

SIM là một modun tháo rút được để cắm vào mỗi khi thuê bao muốn sử dụng

MS và rút ra khi MS không có người hoặc lắp đặt ở MS khi ban đầu đăng ký thuê bao Có hai phương án được đưa ra:

- SIM dạng card IC

- SIM dạng cắm

a) SIM dạng card IC: Là một modun để có một giao tiếp với bên ngoài theo các

tiêu chuẩn ISO về các card IC SIM có thể là một bộ phận của card đa dịch vụ trong

đó viễn thông di động GSM là một trong số các ứng dụng

b) SIM dạng cắm: Là một modun riêng hoàn toàn được tiêu chuẩn hóa trong hệ

- Khai thác PIN người sử dụng (nếu cần mã PIN) và quản lý

- Quản lý thông tin liên quan đến thuê bao di động chỉ được thực hiện khai thác mạng GSM khi SIM có một IMSI đúng

- SIM phải có khả năng sử lý một số nhận dạng cá nhân (PIN), kể cả khi không bao giời sử dụng nó PIN bao gồm 4 đến 8 chữ số Một PIN ban đầu được nạp bởi bộ hoạt động dịch vụ ở thời điểm đăng ký Sau đó người sử dụng có thể thay đổi PIN cũng như độ dài PIN tùy ý Người sử dụng cũng có thể sử dụng chức năng PIN hay không bằng một chức năng SIM-ME được gọi là chức năng cấm PIN Việc cấm này giữ nguyên cho đến khi người sử dụng cho phép lại kiểm tra PIN Nhân viên được phép của hãng khai thác có thể chặn chức năng cấm PIN khi đăng ký thuê bao, nghĩa là thuê bao khi bị chặn chức năng cấm PIN không còn lựa chọn nào khác là

sử dụng PIN Chặn SIM nghĩa là đặt nó vào trạng thái cấm khai thác mạng GSM, có thể dùng khóa giải tỏa chặn cá nhân để giải tỏa chặn

Ngoài ra SIM phải có bộ nhớ không mất thông tin cho một số khối thông tin như:

- Số seri: Là số đơn vị xác định SIM và chứa thông tin về nhà sản suất, thế hệ điều hành, số SIM,…

- Trạng thái SIM (chặn hay không)

- Khóa nhận thực

- Số nhận dạng thuê bao di động quốc tế (IMSI)

- Khóa mật mã

- Số trình tự khóa mật mã

- Nhận dạng số thuê bao di động tạm thời (TMSI)

- Loại điều khiển thâm nhập thuê bao

- Số nhận dạng cá nhân (PIN)

1.6 Hệ thống vận hành khai thác và bảo dưỡng OSS

OSS thực hiện ba chức năng chính sau:

- Khai thác và bảo dưỡng mạng

- Quản lý thuê bao và tính cước

- Quản lý thiết bị di động

Dưới đây ta xét tổng quát các chức năng nói trên:

a Khai thác và bảo dưỡng mạng

Khai thác là hoạt động cho phép nhà khai thác mạng theo dõi hành vi của mạng như: tải của hệ thống, mức độ chậm, số lượng chuyển giao (handover) giữa hai ô…, nhờ vậy nhà khai thác có thể giám sát được toàn bộ vật chất của dịch vụ mà

họ cung cấp cho khách hàng và kịp thời sử lý sự cố Khai thác cũng bao gồm việc thay đổi cấu hình để giảm những vấn đề suất hiện ở thời điểm hiện thời, để chuẩn bị tăng lưu lượng trong tương lai, để tăng vùng phủ Việc thay đổi mạng có thể được thực hiện “mềm” qua báo hiệu, hoặc thực hiện cứng đòi hỏi sự can thiệp tại hiện

trường Ở hệ thống viễn thông hiện đại khai thác được thực hiện bằng máy vi tính

và được tập trung ở một trạm

Bảo dưỡng có nhiệm vụ phát hiện, định vị, sữa chữa các sự cố và hỏng hóc

Nó có một số quan hệ với khai thác Các thiết bị hiện đại của mạng viễn thông có khả năng tự phát hiện một số sự cố hay dự báo sự cố thông qua tự kiểm tra Trong nhiều trường hợp người ta dự phòng cho thiết bi để khi có sự cố có thể thay thế bằng thiết bị dự phòng Sự thay thế này có thể được thực hiện bằng điều khiển từ

xa Bảo dưỡng cũng bao gồm các hoạt động tại hiện trường nhằm thay đổi thiết bị

có sự cố

Hệ thống khai thác và bảo dưỡng có thể được thực hiện trên nguyên lý TMN (Telecommunication Management Network: mạng quản lý viễn thông) Lúc này một mặt hệ thống khai thác và bảo dưỡng được nối đến phần tử của mạng viễn thông (các MSC, BSC, HLR và các phần tử mạng khác trừ BTS, vì thâm nhập đến BTS được thực hiện qua BSC) Mặt khác hệ thống khai thác và bảo dưỡng lại được nối đến máy tính chủ đóng vai trò giao tiếp người máy Theo tiêu chuẩn GSM hệ thống được gọi là OMC

b Quản lý thuê bao

Bao gồm các hoạt động đăng ký quản lý thuê bao Nhiệm vụ đầu tiên là nhập

và xóa thuê bao khỏi mạng Đăng ký thuê bao cũng rất phức tạp, bao gồm nhiều dịch vụ và tính năng bổ sung Nhà khai thác phải có thể thâm nhập vào tất cả các thông số nói trên Một nhiệm vụ quan trọng khác của nhà khai thác là tính cước các cuộc gọi Cước phí phải được tính và gửi đến thuê bao Quản lý thuê bao ở mạng GSM chỉ liên quan đến HLR và một số thiết bị OSS riêng chẳng hạn mạng nối HLR với các thiết bị giao tiếp người máy ở các trung tâm giao dịch với thuê bao SIM card cũng đóng vai trò như một bộ phận của hệ thống quản lý thuê bao

c Quản lý thiết bị di động

Quản lý thiết bị di động được đăng ký nhận dạng thiết bị EIR (Equiment Identity Register) thực hiện EIR lưu giữa tất cả các dữ liệu liên quan đến trạm di động MS EIR Chứa số liệu phần cứng của của thiết bị đó là nhận dạng thiết bị di động quốc tế ( IMEI) IMEI là duy nhất đối với một thiết bị di động (ME) nhưng nó không phải là duy nhất đối với thuê bao mà đang sử dụng nó thiết lập hay nhận một cuộc gọi EIR được nối với MSC qua một đường báo hiện Nó cho phép MSC kiểm tra sự hợp lệ của thiết bị, bằng cách này có thể cấm một MS có dạng không được chấp thuận Cơ sở dữ liệu của EIR chứa danh sách của các IMEI được tổ chức như sau:

- Danh sách trắng: Chứa các IMEI mà được dùng để ấn định trước sự hợp lệ của thiếp bị di động

- Danh sách đen: Chứa các IMEI của MS mà được thông báo là bị mất cắp hay bị

từ chối phục vụ vì một số lý do khác

- Danh sách sám: Chứa các IMEI của MS mà có vấn đề (ví dụ: lỗi phần mềm) Tuy nhiên chúng chưa đủ lý do xác đáng để đưa vào danh sách đen

d Trung tâm quản lý mạng

OMC cung cấp khả năng phân phối việc quản lý mạng được phân vùng hóa theo phân cấp của một hệ thống GSM hoàn chỉnh NMC chịu trách nhiệm cho khai thác và bảo dưỡng ở mức mạng NMC nằm ở đỉnh của cấu trúc mạng và vùng cấp mạng quản lý toàn cầu

e Trung tâm khai thác và bảo dưỡng

OMC cung cấp một điển trung tâm mà từ đó điều khiển và giám sát các thực thể khác của mạng (như: các trạm cơ sở, các chuyển mạch, cơ sở dữ liệu …) cũng như giám sát chất lượng dịch vụ mà được cung cấp

Có hai loại OMC là:

- OMC (R): điều khiển BSS

- OMC (S): điều khiển NSS

OMC cung cấp các chức năng sau: - Quản lý, cảnh báo sự kiện

- Quản lý việc thực hiện

- Quản lý cấu hình

- Quản lý an toàn

Chương II : Các giao diện và thông tin trong hệ

thống GSM

2.1 Các giao diện nội bộ mạng

Hình 2.1 hệ thống các giao diện của mạng GSM

SS

HLR

BSS ISDN

D

U D D

D

F D D

D

B D D B D D

D

C D D

D

E

Abits

2.2 Giao diện vô tuyến Um (MS – BTS)

Giao diện vô tuyến là giao diện giữ BTS và thiết bị thuê bao di động MS Đây

là giao diện quan trọng nhất của GSM, đồng thời nó quyết định lớn nhất đến chất lượng dịch vụ

Trong GSM, giao thức vô tuyến sử dụng phương thức phân kênh theo thời gian

và phân kênh theo tần số: TDMA, FDMA, GSM sử dụng băng tần 900MHz và 1800MHz Ở đây ta xét GSM900

Mỗi kênh được đặc trưng bở một tần số sóng mang gọi là kênh tần số RFCH (Radio Frequency Channel) cho mỗi hứng thu phát, các tần số này cách nhau 200KHz.Tại mỗi tần số, TDMA lại chia thành 8 khe thời gian hay 8 khe thời gian được truyền bởi một sóng mạng Trong tương lai khi ứng dụng GSM pha 2 hay tốc độ “Half-rate” (bán tốc) thì số khe sẽ là 16 Trong GSM900, mỗi kênh vật lý là một khe thời gian ở một sóng mạng vô tuyến được chỉ định

Dải thông tần một kênh vật lý là 200KHz, dải tần ở biên cũng rộng 200KHz Với GSM900 có 124 kênh tần số RFCH (890  915)Mhz cho đường lên và RFCH (935  960)Mhz cho đường xuống

Ta có thể tính được tần số trung tâm cho đường lên và dường xuống ở mỗi dải theo công thức sau:

Đường lên: FL(n) =890 + 0,2.n ( MHz)

Đường xuống

960MHz 935MHz

915MHz 890MHz

45MHz Đường lên

Đường xuống: FU(n) = FL(n) + 45MHz ( MHz)

Trong đó n là số lượng dải thông tần 1  n  124

Mỗi kênh vật lý chứa một cặp kênh tần số RFCH cho mỗi hướng thu, phát Một kênh được dùng để truyền một nhóm kênh nhất định thông tin được gọi là kênh logic Mỗi kênh vật lý có thể gán cho một hoặc một số kênh logic

Kênh logic được phân thành 2 loại: kênh lưu lượng TCH (Trafic Channel) và kênh điều khiển CCH (Control Channel)

❖ Kênh lưu lượng TCH mang thông tin thoai hoặc số liệu Có 2 loại kênh lưu lượng:

• Kênh toàn tốc TCH/F: 22,8Kb/s

• Kênh bán tốc TCH/H:11,4Kb/s

Kênh điều khiển CCH được dùng để truyền các thông tin quản lý giao diện Um (truyền kết quả đo cường độ trường từ MS đến BTS) hoặc các gói số liệu (như dịch

vụ bản tin ngắn SMS: (Short Message Service) kênh điều khiển có 3 loại:

• Kênh điều khiển quảng bá BCCH (Broadcast Control Channel)

• Kênh điều khiển chung CCCH (Common Control Channel)

• Kênh điều khiển chuyên dụng DCCH (Dedicate Control Channel)

Kênh điều khiển quảng bá BCCH: Phát thông tin quảng bá liên quan đến vùng

định vị và các thông tin về hệ thống BCCH chỉ dùng cho tuyến xuống (BTS→ MS):

- Kênh hiệu chỉnh tần số FCCH (Frequency Correction Channel): Hiệu chỉnh tần

số trong MS với tần số hệ thống (BTS→ MS)

- Kênh đồng bộ SCH (Synchronous Channel): SCH mang thông tin đồng bộ khung TDMA giữa MS vớ tần số hệ thống MS luôn luôn đo đạc cường độ trường ở 6 cell lân cận để thông báo về hệ thống thông qua kênh FACCH Các

thông tin đồng bộ được lưu trữ để khi MS chuyển giao xang cell khác thì nó được tái đồng bộ

Kênh điều khiển chung CCCH: Bao gồm các kênh phục vụ cho quá trình thiết lập

cuộc gọi hoặc tìm gọi cũng như quảng bá các bản tin trong tế bào CCCH làm việc cho cả hướng lên và hướng xuống:

- Kênh điều khiển truy cập ngẫu nhiên RACH (Random Access Channel) MS dùng để truy cập và hệ thống để yêu cầu một kênh dành riêng SDCCH

- Kênh tìm gọi PCH (Paging Channel): Mang thông tin để xác định một MS trong vùng định vị thông qua số nhận dạng IMSI để tìm trạm di động

- Kênh cho phép truy nhập AGCH (Access Grant Channel): chỉ được dùng ở đườnng xuống AGCH được dùng để gán tài nguyên để chỉ định một kênh dành riêng SDCCH cho MS

- Kênh quảng bá cell CBCH (Cell Broadcast Channel): CBCH được dùng để truyền bản tin quảng bá tới tất cả MS trong ô (cell) như thông tin về lưu lượng,

sử dụng kênh vật lý như kênh SDCCH

Kênh điều khiển chuyên dụng DCCH: DCCH được gán cho MS để thiết lập

cuộc gọi và hợp thức hoá thuê bao DCCH bao gồm :

- Kênh điều khiển chuyên dụng đơn lẻ SDCCH: (Stand alone Dedicate Channel):dùng cho cả hướng lên và hướng xuống, phục vụ cập nhật và quá trình thiết lập cuộc gọi trước khi một kênh lưu lượng TCH được chỉ định

- Kênh điều khiển liên kết chậm SACCH (Slow Assocated Control Channel): Mỗi kênh SACCH liên kết với một kênh SDCCH hoặc một kênh TCH để mang thông tin về điều khiển công suất hoặc chỉ thị cường độ trường thu được

- kênh điều khiển liên kết nhanh FACCH (Fast ACCH): FACCH mang thông tin

về cập nhật hoặc chuyển giao, FACCH liên kết nhanh với TCH ở chế độ lấy cắp

“Stealing mode” Bằng cách thay đổi lưu lượng tiếng hay số liệu bằng báo hiệu

- Phương thức báo hiệu trên giao diện vô tuyến sử dụng giao thức lớp 2 trong mô hình OSI là LAPDm không có chức năng báo hiệu, sửa sai, bản tin LAPDm phải đặt vừa vào các cụm Còn lớp 3 (Lớp ứng dụng), giao thức được phân thành nhiều loại tuỳ thuộc vào chức năng mạng:

2.3.Giao diện AbitS để điều khiển BTS (BSC BTS)

AbitS là giao diện giữa BTS và BSC, đặt cách xa trên 10m (cấu hình đặt xa) được sử dụng để trao đổi thông tin tức thuê bao (thoại, số liệu,) và thông tin điều khiển (đồng bộ) AbitS sử dụng đường truyền chuẩn PCM32 (2Mb/s) với mã sửa sai CRC4 của CCITT, G732 Giao thức báo hiệu theo chuẩn CCITT là LAPD

Các hệ thống có TRAU đặt tại BSC thì kênh lưu lượng tới MSC là 64kb/s

- Quản lý tài nguyên vô tuyến RR (Radio Resource Menagement): Xử lý việc thiết lập, duy trì, kết thúc cuộc nối của dịch vụ di động

- Quản lý di động MM ( Mobile Menagement): Nhiệm vụ chính của quản lý di động MM là thực hiện nhận thực và cập nhật vị trí, cấp phát lai TMSI và bảo mật của trạm di động

- Quản lý nối thông CM (Interconnection Menagement): quản lý nối thông là lớp con cao nhất trong các lớp con ở lớp 3 Việc này trao đổi các mẩu tin giữa mạng với thuê bao chủ gọi cũng như thuê bao bị goi được sử lý ở lớp con này Quản

lý nối thông được chia thành 3 phần:

+ Điều khiển cuộc gọi (Call Control)

+ Hỗ trợ các dịch vụ dặc thù SSS (Subplementery Service Support)

+ Dịch vụ bản tin ngắn SMS (Short Messsage Service)

2.5 TRUYỀN SÓNG TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM

Trong thông tin di động, để truyền thông tin và mạng PLMN GSM người ta sử dụng thiết bị vô tuyến Bất cứ ai đi lại bằng xe và đồng thời nghe đài truyền thanh, nghe điện thoại, chắc chắn nhận thấy rằng chất lượng của tín hiệu thu được thay đổi theo thời gian và vận tốc di chuyển của xe Đây là sự việc gây khó chiu mà ta cần xét đến trong lĩnh vực thông tin vô tuyến

Trong chương này ta sẽ xét đến một số vấn đề chính xẩy ra ở lĩnh vực thông tin

vô tuyến tổ ong cùng với các biện pháp giải quyết vấn đề này

2.5.1 suy hao đường truyền và pha đinh

Suy hao đường truyền là quá trình mà ở đó tín hiệu thu yếu dần do khoảng cách giữ máy di động và trạm gốc ngày càng tăng Đối với không gian tự do: Là không gian giữ anten phát T(x) và anten thu R(x) không có vật cản, với một anten cho trước thì mật độ công suất thu tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách (d) giữa T(x) và R(x)

Suy hao không gian tự do:

Ls  d2 f2 Hay: Ls = 32,4 + 20logf + 20logd (dB)

Trong đó: Ls: Suy hao trong không gian tự do

f: Tần số làm việc (MHz)

d: Khoảng cách giữa anten thu và anten phát (km)

Do mặt đất không lý tưởng, cường độ tín hiệu trung bình giảm tỷ lệ với đại lượng nghịch đảo của khoảng cách luỹ thừa bậc 4 (d4) Tuy nhiên vấn đề này không gây trở ngại đối với hệ thống vô tuyến tổ ong, vì khi mất liên lạc ta phải thiết lập một đường truyền mới qua một trạm gốc khác

Trong thực tế, giữa trạm di động và trạm gốc thường có chứa trướng ngại vật như: đồi núi, toà nhà….Điều nay dẫn đến hiệu ứng che khuất làm giảm cường độ tín

giữa anten T(x) và R(x) có hay không có trướng ngại vật Đây là một loại pha đinh Các chỗ “giảm” được gọi là chỗ trũng pha đinh Loại pha đinh do hiệu ứng che tối gây ra được gọi là pha đinh chuẩn loga

Do vậy độ thuê bao ở các thành phố lớn, đòi hỏi phải có nhiều trạm thu phát gốc Việc sử dụng trạm di động ở thành phố gây ra hiệu ứng nhiều tia và được gọi là pha đinh nhiều tia hay pha đinh Raileght Hiệu ứng này sẩy ra khi tín hiệu truyền nhiều đường từ anten phát đến anten thu do tín hiệu bị phản xạ nhiều đường Điều này nghĩa là tín hiệu thu có thể là tổng của nhiều tín hiệu giống nhau nhưng khác pha Khi ta cộng các tín hiệu này như là cộng các vectơ, có thể có vectơ gần bằng không, nghĩa là cường độ tín hiệu gần bằng không, đây là chỗ trũng pha đinh nghêm trọng Khoảng thời gian giữa hai chỗ trống pha đinh phụ thuộc cả vào tốc độ chuyển động cũng như tần số phát

Độ nhạy máy thu là mức tín hiệu thấp nhất mà máy thu có thể thu được Do pha đinh sẩy ra trên đường truyền nên để đường truyền dẫn không bị gián đoạn thì giá trị trung bình chung phải lớn hơn độ nhạy máy thu một lượng (dB) bằng chỗ trũng pha đinh mạnh nhất, chẳng hạn Y(dB) Khi đó ta cần dự trữ pha đinh Y (dB)

2.5.2 Các phương pháp phòng ngừa suy hao truyền dẫn do pha đinh

2.5.2.1.Phân tập anten

Phân tập tập sử dung đồng thời hai anten thu (hoặc nhiều hơn) chịu ảnh hưởng pha đinh độc lập, ý niệm này dẫn đến hai anten R(x) độc lập thu cùng một tín hiệu Vì thế chúng chịu tác động của các đường bao pha đinh khác nhau Tuy nhiên khoảng cách giữa các anten phải đủ lớn để tương tác giữa các tin hiệu

ở hai anten là nhỏ

2.5.2.2 Nhảy tần

Như đẵ nói ở trên mẫu pha đinh phụ thuộc vào tần số điều này nghĩa là chỗ trũng pha đinh sẽ xẩy ra các vị trí khác nhau đối với các tần số khác nhau

Vì vậy ta có thể lợi dụng hiện tượng này bằng cách thay đổi tần số sóng mang trong một số các tần sô SFH dùng một bộ tổng hợp tần số có khả năng thay đổi tần

số một lần trong một khung Nhảy tần là một mode tuỳ lựa chon về phía BSC mà

MS phải tuân theo MS được báo về danh sách các tần sô sẽ được dùng để nhải tần Các kênh logic căn bản không có nhảy tần: FCCH, SCH, BCCH Có 217 lần nhảy tần trong 1 giây tức là 1200bit/1bước nhảy

2.5.2.3.Mã hoá kênh

Ở truyền dẫn, người ta thường đo chất lượng của tín hiệu đường truyền bằng số lượng các bit thu được chính xác Nó được biểu diễn bằng tỷ số lỗi bit BER (Bit Error Rate) BER càng nhỏ thì càng tốt

Tuy nhiên do đường truyền dẫn luôn thay đổi nên ta không thể giảm hoàn toàn xuống không nghĩa là phải cho phép một lượng lõi nhất định và có khả năng khôi phục lài thông tin này hay ít nhất có thể phát hiện các lỗi để không thể

sử dụng thông ti này vì nhầm nó là đúng Điều này đặc biệt quan trọngkhi phát

đi số liệu

Bằng mã hoá kênh ta có thể phát hiện và sửa lỗi ở luồng bit thu Nghĩa là có một loại dư thừa giữa các bit, ta mở rộng thông tin từ một số bit thành một số lượng bit lớn hợn, tuy nhiên ta phải gửi đi nhiều bit hơn Ta đã biết đầu ra CODEC là dòng số 260bit/20ms, 260bit này được phân cấp theo tầm quạn trọng Các cấp khác nhau được bảo vệ khác nhau để cho việc bảo vệ hiệu quả nhất

Lớp Ia Lớp Ib Lớp II 50bit 132bit 78bit

50bit 132bit 3 4

Mã hoá khối của các

bit lớlow Ia+3bit

CRC

Mã hoá vòng xoắn R=1/2, k=5

Các bit cấp

II không cần bảo vệ

CRC (Cyclic Redundancy Check): Mã kiểm tra theo chu kỳ

3bit CRC để mã hoá khối cho các bit cấp Ia

4bit “o” để khởi tạo lại bộ mã hoá

- Cấp Ia: 50bit hệ số bộ lọc, biên độ nhóm, thông số LTP

- Cấp Ib: 132bit con trỏ RPE, xung RPE, thông số LTP

- Cấp II: 78bit xung RPE, thông số bộ lọc

Mã hoá kênh được thực hiện qua hai bước mã hoá khối (block Code) và mã hoá vòng xoắn (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

2.5.5.4 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

Hình 2.2 Mã hoá khối và mã hoá vòng xoắn đối với kênh thoại

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 phát 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:

1 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

2 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

3 Trường hợp chuyển giao BSC sẽ lệnh cho BTS ở ô mới được chọn tích cực một kênh TCH

4 Lệnh cho BTS này gửi bản tin đến MS thông báo về tần số và khe thời gian cần chuyển đến

5 MS điều chỉnh tần số mới và gửi bản tin thâm nhập chuyển giao (HO) MS không sử dụng sự định thời trức nào cả, Vậy HO ngắn chỉ có 8bit

6 MS nhận công suất sử dụng ở kênh FACCH lấy cắp từ kênh tiếng

7 BSC nhận thông tin từ BTS là chuyển giao thành công khi MS gửi bản tin hoàn thành chuyển giao

8 Đường tiếng trong chuyển mạch nhóm thay đổi vầ BTS cũ ra lệnh tháo gỡ TCH

cũ cùng với kênh liên kết SACCH

2.5.5.5 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

Chương III : Tổng quan về báo hiệu số 7

3.1.Giới thiệu về mạng báo hiệu số (CCS7)

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

Tập đường truyền

Báo hiệu

:Kết nối tiếng :Đường truyền báo hiệu

- Báo hiệu đường dây thuê bao (Subcriber Signalling)

- Báo hiệu liên tổng đài (Interswitching)

3.1.1.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…

3.1.2.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 trức năng giám sát trạng thái đường dây Ví dụ báo hiệu này cho biết trạng cuae 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 chuển các thông tin địa chỉ và thuộc tính thuê bao

3.1.3.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:

- 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 xang 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 thê 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 tổnh đài khác…

3.2 Hệ thống báo hiệu

3.2.1 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 (Register): gồm các tín hiệu liên quan đến chức năng tìm chọn, khai thác

3.2.2 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)

3.2.3 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

3.2.4 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 trung gian trong quá trình định tuyến cuộc gọi Khi một tổng đài nào đó đẵ 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 giamr 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

3.3 Hệ thống báo hiệu số 7

3.3.1.Sơ lược về báo hiệu số 7

Những năm 1960, khi các tổng đài được điều chỉnh bằng trương 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

Các đường trung kế

Đường 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

3.3.2 Vai trò của hệ thống báo hiệu số 7 (CCS7)

Hệ thống báo hiệu kênh liền kề CSA (Channel Associated Signalling) sử dụng chung một đường truyền cho cả tín hiệu báo hiệu và dữ liệu nên hạn chế về tốc độ truyền dữ liệu cũng như tốc độ truyền thoại vì thế mà tốc độ truyền báo hiệu cũng không thể nâng cao được

Hệ thống báo hiệu kênh chung số 7 với những ưu điểm khắc phục được những nhược điểm của báo hiệu liền kênh Nó thích hợp cho cả thông tin dùng kỹ thuật tương tự và thông tin dùng kỹ thuật số Trong hệ thống báo hiệu kênh chung CCS này các đường báo hiệu được tách rời riêng biệt với các đường trung kế của mạng

dữ liệu thông tin nên có những ưu điểm sau:

- Được chuẩn hoá theo tiêu chuẩn quốc tế nên rất dễ dàng áp dụng vào mạng báo hiệu của từng quốc gia

- Tốc độ truyền dữ liệu cao, có thể đạt tới tốc độ 64kb/s bằng tốc độ truyền tin hay cũng có thể truyền với tốc độ thấp hơn để thực hiện báo hiệu cho các đường trung kế tương tự Do vậy đã rút ngắn thời gian thiết lập cuộc gọi

- Dung lượng truyền báo hiệu lớn do một đường báo hiệu có thể cho phép mạng báo hiệu vài nghìn cuộc gọi cùng một lúc

- Tính kinh tế: Do mạng báo hiệu kênh chung CCS7 so với các mạng báo hiệu khác cần ít thiết bị hơn nên chi phí ít hơn

- Hệ thống báo hiệu kênh chung CCS7 sử dụng đường dây báo hiệu riêng biệt với đường truyền tin nên nó có thể thích hợp cho các dịch vụ viễn thông phi thoại khác như truyền số liệu, Fax, máy tính…

- Độ tin cậy cao do CCS7 sử dụng đường truyền báo hiệu dự phòng

- Tính mềm dẻo: Do hệ thống báo hiệu này gồm rất nhiều loại tín hiệu vì vậy có thể sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau đáp ứng cho nhiều loại mạng khác nhau như:

• Mạng thông tin di động mặt đất PLMN (Public Land Mobile Network)

• Mạng chuyển mạch thoại công cộng PSTN (Public Switching Telephone Network)

• Mạng số liệu đa dịch vụ ISDN (Intergreted Service Digital Network)

• Mạng trí tuệ IN (Intelligent Network)

3.3.3 Cấu trúc mạng báo hiệu số 7

Hệ thống báo hiệu số 7 được thiết kế tách rời khỏi mạng điện thoại Mạng này dùng để chuyển mạch và truyền đi các bản tin báo hiệu dạng gói phục vụ cho thiết lập, giải phóng các cuộc gọi Phương thức truyền báo hiệu trong mạng cũng như truyền từ mạng này sang mạng khác đều được thực hiện trên đường truyền X.25 Các thành phần báo hiệu trong mạng CCS7 bao gồm các điểm báo hiệu SP và các đường báo hiệu kết nối các điểm báo hiệu với nhau

SPC SSP: Điểm chuyển mạch dịch vụ SPC: Mã điểm báo hiệu

STP: Điểm chuyển tiếp báo hiệu