TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GMS
Lịch sử phát triển của mạng di động tế bào
a) Hệ thống vô tuyến di động tế bào thế hệ thứ nhất 1G ( 1st Generation):
Hệ thống viễn thông di động lần đầu tiên được giới thiệu vào đầu những năm 1980 với các hệ thống thế hệ đầu tiên (1G) sử dụng kỹ thuật liên lạc tương tự, giống như radio truyền thống Các ô lớn và hiệu quả sử dụng phổ tần số kém khiến dung lượng của chúng rất nhỏ theo tiêu chuẩn hiện nay Thiết bị di động thời đó cồng kềnh và đắt đỏ, chủ yếu phục vụ cho người dùng doanh nghiệp Một số hệ thống vô tuyến tế bào tương tự, như Hệ thống các dịch vụ điện thoại di động tiên tiến AMPS tại Mỹ và Hệ thống điện thoại di động Bắc Âu NMT, đã ra đời, hoạt động trên các dải tần số 800 MHz và 450 MHz Những mạng này đã mang lại một bước tiến lớn về độ phức tạp trong thông tin liên lạc, cho phép người dùng thực hiện cuộc gọi di động kết nối với các mạng điện thoại công cộng và mạng thông tin số.
Viễn thông di động đã trở thành sản phẩm tiêu dùng quan trọng từ khi ra đời hệ thống 2G vào đầu những năm 1990, đánh dấu sự chuyển mình với công nghệ kỹ thuật số, giúp tối ưu hóa sử dụng phổ tần vô tuyến và cho ra đời các thiết bị nhỏ gọn, giá rẻ Ban đầu chỉ hỗ trợ giọng nói, nhưng hệ thống này đã được nâng cấp để cho phép nhắn tin tức thì qua Dịch vụ tin nhắn ngắn (SMS) Những cải tiến tiếp theo đã dẫn đến sự phát triển của các hệ thống thông tin di động tế bào số, nổi bật là hệ thống GSM của Châu Âu hoạt động trên dải tần 900 MHz và 1800 MHz, cùng với các hệ thống IS-136 và IS-95 tại Mỹ Trong số các hệ thống 2G, GSM được coi là thành công nhất, không chỉ cung cấp dịch vụ điện thoại truyền thống mà còn mở rộng sang nhiều dịch vụ mới như thư thoại, truyền số liệu tốc độ thấp, truyền fax và tin nhắn ngắn.
Bước chuyển đổi từ 2G sang 3G, được gọi là 2.5G, mang lại nhiều lợi ích từ mạng 3G như chuyển mạch gói và tận dụng cơ sở hạ tầng hiện có của 2G trong các mạng GSM và CDMA GPRS là công nghệ chủ yếu được sử dụng bởi các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông GSM, cùng với một số giao thức khác như EDGE cho GSM và CDMA2000 1x.
RTT cho CDMA có thể đạt chất lượng tương đương với dịch vụ 3G nhờ vào tốc độ truyền dữ liệu 144 kbit/s, nhưng vẫn được phân loại là dịch vụ 2.5G hoặc 2.75G do tốc độ chậm hơn nhiều so với 3G thực sự.
Hệ thống 3G sử dụng các kỹ thuật truyền vô tuyến tiên tiến để tăng tốc độ dữ liệu, khác với các hệ thống 2G chủ yếu phục vụ thoại và có tốc độ dữ liệu thấp Sự gia tăng nhu cầu về dịch vụ dữ liệu, đặc biệt là Internet, đã thúc đẩy sự phát triển của 3G, bắt đầu từ Châu Âu với dự án RACE 1043 nhằm thiết lập công nghệ cho Hệ thống viễn thông di động vạn năng (UMTS) Đồng thời, Liên minh viễn thông quốc tế ITU cũng thành lập ban TG8/1 để nghiên cứu và phát triển tiêu chuẩn 3G toàn cầu, ban đầu gọi là FPLMTS, sau đổi thành IMT-2000 Dự án IMT-2000 xác định các yêu cầu cho hệ thống 3G, với tốc độ tối đa lên tới 2 Mb/s, hỗ trợ đa dịch vụ như thoại, video conferencing và dữ liệu gói Các yêu cầu cơ bản bao gồm khả năng truyền thông đa phương tiện, hỗ trợ cả dịch vụ chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói, cùng khả năng tương thích với vệ tinh viễn thông và tính cước theo dung lượng truyền Đã có nhiều đề xuất tiêu chuẩn cho 3G, với sự ủng hộ cho CDMA là phương thức đa truy nhập chính.
The IMT-2000 encompasses five key technologies: IMT DS (Direct Sequence), widely known as UTRA FDD and W-CDMA, where UTRA stands for UMTS Terrestrial Radio Access, FDD refers to Frequency Division Duplex, and W denotes Wideband IMT MC (MultiCarrier), also known as cdma2000, represents the 3G version of IS-95 (formerly cdmaOne) and utilizes multiple carriers IMT TC (Time Code) refers to UTRA TDD, which employs Time Division Duplex technology IMT SC (Single Carrier) is the single carrier version, originally a form of GSM phase 2+ called EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution) Lastly, IMT FT (Frequency Time) is an enhanced wireless telecommunications system known as DECT (Digitally Enhanced Cordless Telecommunications).
Hiện nay, ITU phân loại các mạng di động quốc tế thành ba loại hệ thống: IMT-2000 (3G) bao gồm UMTS và CDMA2000; hệ thống enhanced IMT-2000 (thế hệ sau 3G); và IMT-Advance (4G) Để tiến tới 4G, LTE được xem là con đường chính cho sự phát triển công nghệ, được phát triển bởi 3GPP.
Hình 1.1: Lộ trình phát triển các thế hệ mạng di động
3GPP-LTE là công nghệ di động tiên tiến, cung cấp tốc độ cao và tích hợp với các chuẩn dịch vụ khác, cho phép người dùng thực hiện cuộc gọi và truyền dữ liệu dễ dàng giữa LTE và các mạng GSM/GPRS hoặc UMTS trên nền WCDMA Công nghệ này hỗ trợ cấp phát phổ tần linh hoạt và cung cấp các dịch vụ đa phương tiện tốc độ cao ngay cả khi thiết bị đang di chuyển.
Mặc dù các hệ thống 3G ban đầu được kỳ vọng cao, nhưng hiệu suất thực tế không đạt yêu cầu Tuy nhiên, sự phát triển của 3G đã cải thiện đáng kể với sự ra mắt của hệ thống 3.5G vào khoảng năm 2005.
10 d) Hệ thống vô tuyến di động thế hệ thứ 4G (4th generation):
Sự phát triển của điện thoại thông minh và mạng di động đã dẫn đến sự ra đời của công nghệ 4G, mang lại khả năng truy cập Internet băng thông rộng cho nhiều thiết bị như máy tính xách tay, điện thoại thông minh và máy tính bảng Mạng 4G không chỉ hỗ trợ truy cập web di động mà còn cho phép sử dụng các ứng dụng băng thông cao, bao gồm TV di động độ nét cao, hội nghị truyền hình và dịch vụ trò chơi.
Yêu cầu về băng thông và hiệu quả phổ đã thúc đẩy sự phát triển của công nghệ không dây di động thế hệ thứ tư (4G) Công nghệ này được thiết kế để tối đa hóa băng thông và thông lượng Tổ chức Viễn thông Quốc tế (ITU) đã ban hành chỉ thị cho mạng 4G, trong đó hệ thống di động IMT-Advanced (4G) phải đáp ứng một số tiêu chuẩn tối thiểu.
● Dựa trên mạng chuyển mạch gói toàn IP
Hỗ trợ tốc độ dữ liệu tối đa lên đến 100 Mbps cho truy cập di động linh hoạt và khoảng 1 Gbps cho truy cập cố định như mạng không dây cục bộ.
● Tự động chia sẻ và sử dụng tài nguyên mạng để hỗ trợ nhiều người dùng đồng thời hơn trên mỗi ô
● Hỗ trợ chuyển giao trơn tru trên các mạng không đồng nhất
● Hỗ trợ chất lượng dịch vụ cao cho các ứng dụng đa phương tiện thế hệ tiếp theo
Hệ thống 4G khác biệt so với các thế hệ trước ở chỗ không hỗ trợ dịch vụ điện thoại chuyển mạch kênh truyền thống, mà chỉ cung cấp dịch vụ điện thoại IP.
Long Term Evolution (LTE) được phát triển bởi Dự án Đối tác Third Generation Partnership Project (3GPP), bao gồm các tổ chức tiêu chuẩn viễn thông từ Châu Á, Châu Âu và Bắc Mỹ LTE sử dụng công nghệ OFDMA thuần túy cho đường xuống và một kỹ thuật OFDMA cải tiến cho đường lên, giúp nâng cao hiệu quả năng lượng Tại Hoa Kỳ, các nhà mạng lớn như AT&T, Verizon và T-Mobile đã triển khai phiên bản LTE dựa trên song công phân chia theo tần số (FDD), trong khi China Mobile, nhà cung cấp dịch vụ viễn thông lớn nhất thế giới, áp dụng phiên bản dựa trên song công phân chia theo thời gian (TDD) Sự phát triển của LTE bắt đầu từ kỷ nguyên 3G, với các bản phát hành đầu tiên cung cấp dịch vụ 3G hoặc dịch vụ 3G nâng cao.
LTE-Advanced sử dụng hai công nghệ chính là OFDM và MIMO để đạt tốc độ dữ liệu cao và hiệu quả phổ Trong khi OFDMA được áp dụng cho đường xuống, SC-FDMA được sử dụng cho đường lên Tuy nhiên, tín hiệu OFDM có tỷ lệ công suất đỉnh trên trung bình (PAPR) cao, đòi hỏi bộ khuếch đại công suất tuyến tính, gây khó khăn cho các thiết bị cầm tay chạy bằng pin Ngược lại, SC-FDMA mặc dù phức tạp nhưng có PAPR thấp hơn, làm cho nó trở thành lựa chọn phù hợp hơn cho việc triển khai di động.
11 e) Hệ thống vô tuyến di động thế hệ thứ 5G (5th generation):
Kiến trúc lớp giao diện hệ thống GSM
Giao diện Liên kết Mô tả
Um MS-BSS Giao diện không khí được sử dụng để trao đổi giữa MS và
BSS LAPDm, một phiên bản sửa đổi của ISDN LAPD, được sử dụng để báo hiệu
Giao diện Abis BSC-BTS là một phần quan trọng trong hệ thống BSS, kết nối BSC và BTS, nhưng vẫn chưa được tiêu chuẩn hóa Giao diện này cho phép điều khiển các thiết bị vô tuyến và phân bổ tần số vô tuyến trong BTS, góp phần nâng cao hiệu suất hoạt động của mạng di động.
Giao diện A của BSS-MSC nằm giữa BSS và MSC, đóng vai trò quan trọng trong việc quản lý phân bổ tài nguyên vô tuyến cho các MS và tính di động Giao diện này sử dụng các giao thức BSSAP, bao gồm BSSMAP và DTAP, để thực hiện các chức năng của mình.
Giao diện B MSC-VRL là cầu nối xử lý báo hiệu giữa MSC và VLR, sử dụng giao thức MAP/B Hầu hết các MSC đều kết nối với một VLR, tạo nên giao diện B trở thành "nội bộ" Khi MSC cần truy cập dữ liệu liên quan đến MS trong khu vực của mình, nó sẽ thẩm vấn VLR qua giao thức MAP/B thông qua giao diện B.
Giao diện C là cầu nối giữa HLR và GMSC hoặc SMSC, đóng vai trò quan trọng trong việc xử lý các cuộc gọi đến từ mạng bên ngoài GSM, như cuộc gọi từ PSTN Để hoàn thành cuộc gọi, thông tin định tuyến cần thiết được lấy thông qua một cổng, sử dụng giao thức MAP/C Bên cạnh đó, MSC cũng có khả năng tùy chọn chuyển tiếp thông tin thanh toán tới HLR sau khi cuộc gọi kết thúc.
D HRL-VRL Giao diện D nằm giữa HLR và VLR, và sử dụng giao thức
MAP/D để trao đổi dữ liệu liên quan đến vị trí của MS và các tập con dữ liệu thuê bao
Giao diện E MSC-MSC kết nối các MSC và trao đổi dữ liệu liên quan đến việc chuyển giao giữa các MSC neo và rơle thông qua giao thức MAP/E Ngoài ra, giao diện E còn có thể được sử dụng để kết nối GMSC với SMSC.
F MSC-EIR Giao diện F kết nối MSC với EIR và sử dụng giao thức
MAP/F để xác minh trạng thái của IMEI mà MSC đã truy xuất từ MS
G VRL-VRL G là giao diện kết nối hai VLR thuộc các MSC khác nhau, sử dụng giao thức MAP/G để truyền tải thông tin thuê bao, đặc biệt trong quá trình cập nhật vị trí.
Giao diện H kết nối giữa MSC và SMSG, sử dụng giao thức MAP/H để truyền tải tin nhắn ngắn Hiện tại, thông tin về GSM và ANSI-41 vẫn chưa được xác định rõ.
H trong ANSI-41 được sử dụng cho giao diện HLR AC
Giao diện I MSC-MS là cầu nối giữa MSC và MS, nơi các tin nhắn được truyền tải một cách minh bạch thông qua BSS.
Bảng 1.1 Các giao diện của hệ thống GSM
Các giao diện chỉ thực hiện trao đổi thông tin báo hiệu: B, C, D, G, H, F
Hình 1.2: Vị trí các giao diện trong hệ thống GSM
Giao diện Vị trí mạng
Tiêu chuẩn giao diện mạng vô tuyến đóng vai trò quan trọng trong việc thiết lập liên lạc giữa các thiết bị di động (ME/thiết bị cầm tay) và trạm gốc của mạng (BTS/BSC).
Abis Một giao diện nội bộ trong BSS (trạm gốc) Liên kết giữa BSC và BTS
Cho phép kiểm soát phân bổ tần số vô tuyến trong BTS
B Giữa MSC và VLR Nhiều MSC có VLR đi kèm, trong trường hợp đó B là giao diện "nội bộ"
C Được sử dụng trong các kết nối giữa HLR và MSC, và giữa HLR và
D Giữa MSC/VLR và HLR Được sử dụng để quản lý người đăng ký và chuyển Cập nhật vị trí của thiết bị cầm tay
E Được sử dụng để chuyển giao Inter-MSC, trong trường hợp có nhiều hơn một MSC trong mạng
F Giữa MSC và EIR Được sử dụng để kiểm tra danh tính Thiết bị (IMEI) để truy cập mạng
G Kết nối giữa hai VLR, mỗi VLR trong một MSC khác nhau, để chuyển thông tin thuê bao
H Giữa MSC và Cổng SMS Được sử dụng để truyền tin nhắn SMS qua mạng chuyển mạch kênh
I Giữa MSC và các thiết bị cầm tay trong mạng Các tin nhắn được trao đổi qua giao diện I được chuyển tiếp một cách minh bạch thông qua BSS
Bảng 1.2: Vị trí các giao diện trong hệ thống GSM
Kiến trúc lớp giao thức trong hệ thống GSM
Kiến trúc GSM là mô hình phân lớp giúp liên lạc giữa hai hệ thống khác nhau, với các lớp dưới đảm bảo dịch vụ cho các giao thức lớp trên Mỗi lớp có nhiệm vụ chuyển các thông báo một cách chính xác, đảm bảo dữ liệu được định dạng, truyền và nhận đúng cách.
Hình 1.3: Sơ đồ ngăn xếp giao thức GMS
Dựa trên giao diện, giao thức báo hiệu GSM được tập hợp thành ba lớp chung
Lớp 1 : Lớp vật lý Nó sử dụng các cấu trúc kênh trên giao diện không khí
Lớp 2 : Lớp liên kết dữ liệu Trên giao diện Um, lớp liên kết dữ liệu là phiên bản sửa đổi của giao thức truy cập Liên kết cho giao thức kênh D (LAP-D) được sử dụng trong ISDN, được gọi là giao thức truy cập liên kết trên kênh Dm (LAP-Dm) Trên giao diện
A, Phần truyền thông báo (MTP), Lớp 2 của SS7 được sử dụng
Lớp 3 : Lớp thứ ba của giao thức báo hiệu GSM được chia thành ba lớp con Trong đó
Hai lớp con trên cùng là Quản lý di động (MM) và Quản lý kết nối (CM) liên kết trực tiếp với MSC MM thực hiện các chức năng như xác thực, ấn định lại TMSI và nhận dạng trạm di động qua IMSI hoặc IMEI Trong khi đó, CM bao gồm các chức năng điều khiển cuộc gọi, dịch vụ bổ sung và dịch vụ tin nhắn ngắn Lớp con bên dưới là Quản lý tài nguyên vô tuyến (RR), có nhiệm vụ thiết lập, duy trì và giải phóng các kết nối tài nguyên, thực hiện các chức năng như thiết lập chế độ mã hóa, thay đổi kênh trong cùng một ô và chuyển giao giữa các ô khác nhau.
Giao thức báo hiệu trên giao diện này có ba lớp
Lớp vật lý (Lớp 1) trong hệ thống viễn thông bao gồm các kênh RF như SACCH, FACCH, BCCH, SCH, FCCH, PAGCH, RACH và SDCCH, chịu trách nhiệm truyền tải các luồng bit qua các kênh vật lý trên phương tiện vô tuyến Lớp này đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp giao diện vô tuyến và các chức năng cần thiết cho việc truyền tín hiệu, phục vụ cho người dùng.
Bài viết đề cập đến 15 yếu tố quan trọng trong lĩnh vực truyền thông, bao gồm ánh xạ kênh từ lôgic đến vật lý, mã hóa và mật mã kênh, điều chế kỹ thuật số, nhảy tần, cũng như tính toán thời gian và kiểm soát công suất.
Lớp liên kết dữ liệu (Lớp 2) sử dụng giao thức LAPDm, một biến thể của giao thức ISDN LAP-D, nhằm cung cấp liên kết báo hiệu tin cậy giữa mạng và trạm di động Giao thức LAP-D đã được điều chỉnh để phù hợp với môi trường di động, trong đó LAPDm không sử dụng cờ để phân định khung, mà để lớp vật lý thực hiện việc này Điều này giúp tiết kiệm tài nguyên vô tuyến, tránh lãng phí cho các bit cờ.
Hình 1.4: Ngăn xếp giao thức GSM
Lớp Thông báo (Lớp 3) trong MS bao gồm ba phần quan trọng Lớp con quản lý tài nguyên vô tuyến (RR) thực hiện việc giao tiếp với các đồng đẳng trong BSS Khi RR tại BSS phân bổ kênh TACH hoặc SDCCH cho MS, nó sẽ gửi thông báo cho MS thông qua một bản tin RR.
Quản lý tính di động (MM) và quản lý kết nối (CM) là hai lớp con quan trọng tại MS, giao tiếp với các đồng nghiệp tại MSC Các bản tin MM và CM được truyền qua các giao diện Um và A, đồng thời chuyển tiếp một cách minh bạch qua BSS Thông báo lớp con MM hỗ trợ MS trong việc cập nhật vị trí và xác thực, tương tự như "đăng ký" trong GSM Trong khi đó, lớp con CM bao gồm ba phần chính: kiểm soát cuộc gọi (CC), dịch vụ bổ sung (SS), và dịch vụ tin nhắn ngắn (SMS) CC chứa các thông báo cần thiết cho việc thiết lập và giải phóng kết nối với MS, được xây dựng dựa trên các thông báo Q.931 của DSS1 SMS cho phép người đăng ký gửi tin nhắn ngắn đến MS.
Là giao diện giữa BSC và BTS
Hình 1.5: Ngăn xếp giao thức trên giao diện Abis
Lớp vật lý (Lớp 1) sử dụng liên kết PCM30 với tốc độ 2 Mb/s, theo tiêu chuẩn ITU-T G.703 Liên kết này bao gồm 32 khe thời gian 64-Kb/s, trong đó 30 khe mang dữ liệu thoại và 2 khe dành cho đồng bộ hóa và báo hiệu Nhiều nhà cung cấp hỗ trợ chia nhỏ mỗi khe 64-Kb/s thành bốn khe 16-Kb/s, giúp tối ưu hóa việc sử dụng liên kết và cho phép ánh xạ các kênh lưu lượng từ giao diện Um sang Abis Để chuyển đổi giọng nói từ 64-Kb/s sang GSM 13-Kb/s, cần có đơn vị TRAU, có thể được đặt tại BTS, BSC hoặc MSC Thông thường, một liên kết 2 Mb/s sẽ kết nối với nhiều BTS, và cấu hình của các liên kết Abis sẽ phụ thuộc vào yêu cầu lưu lượng, vị trí của TRAU và khả năng thiết bị.
Lớp liên kết dữ liệu (lớp 2) dựa trên thủ tục truy cập liên kết ISDN trên giao thức
D-Channel (LAP-D), với một vài thay đổi Giao thức LAPD được định nghĩa trong thông số kỹ thuật ITU-T Q.920 và Q.921 Nhiệm vụ chính của Lớp 2 là kiểm soát các liên kết báo hiệu logic giữa BSC và nó được kết nối Các trạm BTS Nó cũng đảm bảo truyền thông tin không bị lỗi giữa các thực thể giao tiếp Mỗi BTS được kết nối trên Liên kết vật lý với BSC điều khiển Tuy nhiên, BTS có một số liên kết dữ liệu LAPD logic trên một liên kết vật lý Các liên kết logic được cung cấp cho việc truyền thông tin Lớp 3 và vận hành và bảo dưỡng thiết bị BTS và bản thân các liên kết Mỗi liên kết lôgic được xác định duy nhất bằng tổ hợp số nhận dạng truy cập dịch vụ (SAPI) và số nhận dạng thiết bị đầu cuối (TEI) SAPI và TEI là các phần của trường địa chỉ trong khung LAP-D SAPI xác định giao thức Lớp 3 SAPI dài 6 bit và có thể có giá trị từ 0 đến 63
Trong hệ thống GSM, chỉ có ba giá trị được sử dụng cho TEI, như được trình bày trong Bảng 1.3 TEI, với độ dài 7 bit, xác định một bộ thu phát (TRX) và có thể nhận giá trị từ 0 đến 127 Giá trị TEI từ 0 đến 63 được dành riêng cho các địa chỉ TRX cố định, trong khi các giá trị từ 64 đến 126 được sử dụng cho các địa chỉ TRX bổ sung khi cần nhiều hơn một liên kết báo hiệu.
SAPI (thập phân) Mô tả
0 Liên kết tín hiệu vô tuyến (RSL)
Liên kết này được sử dụng để truyền tải các bản tin Abis Lớp 3 giữa các trạm gốc BTS và trạm điều khiển BSC, đồng thời hỗ trợ các quy trình quản lý lưu lượng của Lớp 2.
62 Liên kết vận hành và bảo trì (OML) Liên kết này được sử dụng để chuyển các tin nhắn
63 Liên kết quản lý lớp 2 (L2ML) Nó được sử dụng để quản lý việc chia sẻ liên kết dữ liệu logic của một kết nối vật lý
Bảng 1.3: Giá trị SAPI được sử dụng trong GSM
Hình 1.6: Các liên kết dữ liệu logic qua giao diện Abis
Khái niệm xác định duy nhất một liên kết dữ liệu logic thông qua SAPI và TEI rất quan trọng trong việc thiết lập liên kết báo hiệu giữa BTS và BSC Liên kết này bao gồm ba kênh logic: RSL, OML và L2ML, mỗi kênh được xác định duy nhất nhờ sự kết hợp của SAPI và TEI.
Hình 1.7: Cấu trúc khung LAP-D
Cấu trúc khung LAP-D bao gồm các cờ đánh dấu phần đầu và phần cuối của khung Trong các khung liên tiếp, một khung sẽ biểu thị phần cuối của khung trước và điểm bắt đầu của khung tiếp theo, với cờ có giá trị 0111 1110 (hex 7E) Để ngăn chặn việc lặp lại mẫu này trong trường thông tin, số 0 được chèn vào sau mỗi bảy số liên tiếp, quy trình này được gọi là nhồi bit.
Trường địa chỉ hai octet, hay còn gọi là định danh điều khiển liên kết dữ liệu (DLCI), bao gồm SAPI và TEI, có chức năng xác định các liên kết dữ liệu logic Mỗi octet trong trường địa chỉ có một bit mở rộng địa chỉ (EA), trong đó octet đầu tiên có EA bằng 0, cho biết có thêm một octet địa chỉ theo sau, trong khi octet thứ hai có EA bằng 1, chỉ ra rằng đây là octet cuối cùng Bit lệnh/phản hồi (C/R) phân biệt lệnh và phản hồi, với BTS đặt bit C/R thành 1 cho phản hồi và 0 cho lệnh, trong khi BSC thực hiện ngược lại Có ba định dạng khác nhau của trường điều khiển: định dạng truyền thông tin (I khung) dùng để kiểm soát chuyển trường thông tin, định dạng giám sát (khung S) xử lý quản lý điều khiển luồng lớp 2, và định dạng điều khiển (khung U) cung cấp khả năng chuyển bổ sung trong dịch vụ chuyển chưa được xác nhận.
CÁC THỦ TỤC BÁO HIỆU GSM
Thủ tục tìm cuộc gọi
Khi có cuộc gọi đến cho thuê bao di động, số thuê bao sẽ được gửi tới MSC/VLR Trước khi thực hiện chuyển mạch, MSC truy xuất VLR để xác định vị trí hiện tại của thuê bao và gửi bản tin tìm gọi đến các BTS qua BSC Các bản tin này sẽ được thông báo đến tất cả các BTS thuộc cùng một LAI, và tất cả các MS trong LAI này sẽ nhận được thông báo tìm gọi, nhưng chỉ có thuê bao được gọi mới có thể trả lời.
MS sẽ phát một bản tin yêu cầu cấp phát kênh để tiếp nhận cuộc gọi Trước khi chỉ định kênh vật lý, hệ thống kiểm tra quá trình nhận thực của thuê bao và yêu cầu BTS cùng MS thỏa thuận một mật mã bảo mật thông tin Khi các yêu cầu này được đáp ứng, thuê bao mới có quyền thiết lập cuộc gọi.
Thủ tục khởi xướng cuộc gọi
Khi trạm MS ở trạng thái tích cực và đã đăng ký vị trí, nó có khả năng thực hiện cuộc gọi Quá trình này bắt đầu khi MS gửi yêu cầu cấp phát kênh đến BTS qua kênh truy xuất ngẫu nhiên, thông báo mong muốn thiết lập cuộc gọi Số nhận dạng trạm di động sẽ được phân tích và MS sẽ được đánh dấu bận tại VLR Trước khi kênh hệ thống được thiết lập, cần thực hiện các công việc như nhận thực thuê bao và thỏa thuận một khóa mật mã trên đường truyền vô tuyến.
MSC nhận bản tin từ MS với thông tin về dịch vụ yêu cầu và số điện thoại Sau khi kiểm tra, nếu MS không bị cấm gọi ra, quá trình thiết lập cuộc gọi sẽ được tiến hành MSC thiết lập đường truyền với BSC và chiếm kênh lưu lượng, sau đó gửi yêu cầu đến BSC để ấn định kênh lưu lượng cho đường vô tuyến.
BSC kiểm tra sự có mặt của kênh lưu lượng rỗi và ấn định kênh này cho cuộc gọi, sau đó yêu cầu BTS kích hoạt kênh BTS xác nhận việc kích hoạt kênh lưu lượng đã hoàn thành và gửi thông báo về sự hoàn tất này đến BSC Hệ thống con điều khiển lưu lượng sẽ phân tích số điện thoại B và thiết lập kết nối đến thuê bao được gọi Cuộc gọi được nối thông qua chuyển mạch nhóm.
Khi có cuộc gọi đến, báo chuông sẽ được gửi đến trạm MS để thông báo bên bị gọi đang đổ chuông Chuông này được tạo ra tại tổng đài của thuê bao M và truyền qua chuyển mạch nhóm đếm MS, nghĩa là chuông được gửi qua đường vô tuyến thay vì từ MS Khi thuê bao B nhận cuộc gọi, mạng sẽ gửi bản tin kết nối đến MS để thông báo rằng cuộc thoại đã được chấp nhận MS sau đó sẽ phản hồi bằng cách xác nhận kết nối, hoàn tất quá trình thiết lập cuộc gọi.
Quá trình thiết lập cuộc gọi từ trạm di động cho cuộc gọi MOC không có OACSU (không có thiết lập sớm) cho phép mạng cấp phát kênh lưu lượng cho MS trước khi bắt đầu thiết lập cuộc gọi ở mạng cố định Trong trường hợp có OACSU, mạng sẽ quyết định thời điểm cấp phát kênh lưu lượng, có thể thực hiện bất kỳ lúc nào sau khi cuộc gọi được khởi đầu ở mạng cố định, và có thể cấp kênh lưu lượng ngay cả sau khi thuê bao B đã trả lời cuộc gọi.
Bản tin báo chuông sẽ được gửi đến MS khi có tín hiệu chuông từ phía bị gọi Khác với trường hợp thiết lập sớm mà không có OACSU, tín hiệu chuông được tạo ra ngay tại MS do kênh lưu lượng chưa được cấp phát Khi thuê bao trả lời, mạng sẽ khởi xướng quy trình để cấp phát kênh lưu lượng.
Thủ tục nhận cuộc gọi
MTC (Mobile Terminated Call) phức tạp hơn MOC (Mobile Originated Call) vì phía gọi không biết vị trí hiện tại của thuê bao (MS) Quá trình bắt đầu khi chủ gọi quay số thuê bao di động, từ đó tổng đài phân tích số điện thoại để định tuyến cuộc gọi đến tổng đài GMSC gần nhất GMSC sau đó truy vấn HLR để tìm thông tin về thuê bao và xác định MSC/VLR quản lý MS HLR cung cấp số lưu động thuê bao (MSRN) cho GMSC, cho phép định tuyến lại cuộc gọi đến MSC tương ứng MSC xác định vị trí của MS và gửi tin nhắn tìm gọi đến các BSC trong vùng định vị Thông tin về các ô trục có thể được lưu giữ tại MSC hoặc BSC, và IMSI hoặc TMSI được sử dụng để tìm kiếm MS, đảm bảo tính bảo mật Sau khi nhận được yêu cầu kênh báo hiệu, MSC có thể thực hiện xác thực và khởi động mã hóa, đồng thời cung cấp thông tin dịch vụ cho MS Cuối cùng, BSC kích hoạt kênh TCH và gửi thông báo từ MS đến MSC để xác nhận cuộc gọi.
Khi thuê bao di động nhấc máy MS gửi bản tin kết nối Mạng hoàn thành đường nối thông và gửi bản tin công nhận kết nối đến MS
Mạng di động thông minh
Mạng thông minh IN là một hệ thống viễn thông độc lập cho phép các hệ thống chuyển mạch và điều khiển dịch vụ từ các nhà cung cấp khác nhau hoạt động độc lập Điều này giúp các nhà điều hành mạng phát triển và quản lý dịch vụ một cách hiệu quả hơn Nhờ vào mạng IN, các dịch vụ mới có thể được triển khai nhanh chóng và dễ dàng tùy chỉnh theo nhu cầu của khách hàng mà không cần thay đổi cấu trúc của các nút chuyển mạch.
Trong thập niên 1980, các công ty thành viên Bell thuộc khu vực RBOCs đã triển khai nhiều tính năng nhằm phát triển nhanh chóng dịch vụ mạng, thiết lập các giao diện chuẩn và tạo ra cơ hội cho các RBOCs cung cấp dịch vụ, từ đó tăng cường tính sử dụng của mạng.
Telcordia Technologies đáp lại những yêu cầu này và phát triển thêm khái niệm mạng thông minh 1 (IN/1) được mô tả trên Hình 2.1
Hình 2.1 Mạng thông minh 1 (IN/1)
Trong những năm gần đây, ngành viễn thông Việt Nam đã phát triển nhanh chóng với sự đa dạng trong các loại hình dịch vụ Việc lựa chọn công nghệ tiên tiến đã giúp Việt Nam trở thành một trong những quốc gia có dịch vụ viễn thông phát triển nhất thế giới Dịch vụ điện thoại cố định, mặc dù đã tồn tại lâu đời và phát triển nhanh để đáp ứng nhu cầu thông tin cơ bản, vẫn còn thiếu sự đa dạng Các nhà khai thác dịch vụ cố định mới đã xuất hiện, cung cấp các dịch vụ mới dựa trên công nghệ VoIP với giá cước cạnh tranh hơn.
Năm 1993, Mobifone đã ra mắt dịch vụ di động đầu tiên tại Việt Nam dựa trên công nghệ GSM, đánh dấu một bước tiến quan trọng trong lĩnh vực viễn thông di động của đất nước Hai năm sau, mạng di động thứ hai cũng được triển khai, tiếp tục thúc đẩy sự phát triển của ngành viễn thông tại Việt Nam.
VinaPhone (GSM) đã khai thác thị trường di động, đánh dấu sự hình thành của môi trường cạnh tranh trong lĩnh vực thông tin di động Thời kỳ này, dịch vụ di động chủ yếu là dịch vụ trả sau với mức giá cước cao và thủ tục đăng ký phức tạp, chủ yếu phục vụ cho những người có thu nhập khá Các chức năng cơ bản như gọi điện, nhắn tin và một số dịch vụ giá trị gia tăng khác là những ứng dụng chính trong giai đoạn này.
Năm 1998, Mobifone và VinaPhone đã khai thác dịch vụ trả trước, đánh dấu sự ra đời của dịch vụ di động thông minh đầu tiên tại Việt Nam Dịch vụ này mang lại nhiều lợi ích với thủ tục đơn giản và giá cước hấp dẫn, giúp thông tin di động trở nên gần gũi hơn với mọi thành phần trong xã hội Sự phát triển nhanh chóng của thuê bao trả trước đã dẫn đến tổng số thuê bao di động lên tới 148 triệu vào năm 2016, trong đó có khoảng 20 triệu thuê bao 3G Mật độ điện thoại di động tại Việt Nam đạt 1,5 thuê bao/người dân, cho thấy tỷ lệ này khá cao so với nhiều quốc gia có nền kinh tế tương tự.
Trong lĩnh vực dịch vụ thông minh, chủ yếu là dịch vụ trả trước, nhiều quốc gia trên thế giới đã áp dụng đa dạng loại hình dịch vụ này Tuy nhiên, trong lĩnh vực truyền thông cố định, dịch vụ IN mới chỉ bắt đầu được chú trọng phát triển.
Mô hình mạng thông minh được cấu trúc thành bốn mặt phẳng, mỗi mặt phẳng đại diện cho một quan điểm trừu tượng khác nhau về khả năng của mạng IN Các quan điểm này tập trung vào các khía cạnh dịch vụ, tính năng tổng thể, tính năng phân phối và khía cạnh vật lý của mạng IN Trong đó, mặt phẳng dịch vụ thể hiện các dịch vụ mà mạng IN cung cấp, như dịch vụ Prepaid, Freephone và Tevoting.
Hình 2.2: Mô hình khái niệm mạng thông minh
Trong lĩnh vực dịch vụ, có 28 đặc tính dịch vụ SF (Service Feature) có thể được kết hợp với các đặc tính khác SF được chia thành hai loại: lõi dịch vụ và tùy chọn dịch vụ Đặc tính dịch vụ SF là phần tử nhỏ nhất mà người dùng có thể nhận biết Các SF này đóng vai trò quan trọng trong việc thiết kế và phát triển các dịch vụ mới phức tạp Để tạo ra một dịch vụ, chỉ cần phát triển SF phần lõi, và khi nâng cấp dịch vụ, chỉ cần thêm các SF tùy chọn Nhờ đó, các dịch vụ trong mạng IN được cung cấp nhanh chóng và đa dạng hơn.
Mặt phẳng chức năng tổng thể GFP (Global Function Plane) tạo ra mô hình chức năng mạng từ góc nhìn tổng thể, trong đó mạng có cấu trúc IN được coi là một thực thể duy nhất Trên mặt phẳng này, dịch vụ và các SF được định nghĩa lại trong bối cảnh chức năng mạng rộng lớn, không còn là các dịch vụ hay đặc tính dịch vụ riêng lẻ mà được xem như các khối xây dựng dịch vụ độc lập Những khối xây dựng này xử lý cuộc gọi cơ sở và chương trình Logic, được gọi là dịch vụ tổng thể GSL (Global Service Logic) GSL mô tả cách các khối xây dựng dịch vụ độc lập kết hợp với nhau để diễn tả đặc tính dịch vụ SF.
Mặt phẳng chức năng phân phối (DFP) bao gồm các thực thể chức năng (FE) và được đại diện bởi một nhóm các SIB phân phối trong chương trình logic dịch vụ (SLP) Mỗi SIB trong DFP được thực hiện thông qua chuỗi các hoạt động của thực thể chức năng cụ thể (FEA) Một số FEA tạo ra luồng thông tin giữa các FE, cho phép trao đổi bản tin giữa các FE thông qua các hoạt động này.
Hình 2.3: Mô hình mặt phẳng chức năng tổng thể
Mặt phẳng vật lý trong mô hình mạng thông minh bao gồm các thực thể vật lý (PE) khác nhau và sự tương tác giữa chúng Mỗi PE có thể bao gồm một hoặc nhiều thành phần, tạo nên cấu trúc và chức năng của mạng.
FE xác định chức năng trong mạng IN Có thể đặt một hoặc nhiều thực thể chức năng
Trong một PE, FE không thể tách rời giữa các PE khác, mà phải được ánh xạ hoàn toàn trong một PE Hơn nữa, trường hợp bản sao của một FE có thể được ánh xạ đến các PE khác, mặc dù chúng không thuộc cùng một PE.
2.4.4 Mô hình xử lý logic cuộc gọi cơ bản trong mạng IN Để có thể hiểu rõ hơn về chức năng của các FE và quá trình xử lý 1 cuộc gọi cơ bản trong mạng IN thì chúng ta sẽ xét 1 ví dụ về mô hình xử lý logic cuộc gọi cơ bản BCSM Ở đây, CCF thực hiện chức năng điều khiển chuyển mạch cơ bản của các tổng đài hiện
Hình 2.5: Kiến trúc mạng IN theo Ericsson
BCSM (Basic Call State Model) đóng vai trò quan trọng trong việc kết nối các đường truyền thông và quản lý cuộc gọi Khi có yêu cầu thiết lập cuộc gọi, BCSM sẽ tìm kiếm cuộc gọi cơ bản và các yếu tố điều khiển kết nối, từ đó xác định các yêu cầu dịch vụ IN BCSM xác định chuỗi hoạt động kết nối và phục vụ cho cuộc gọi cơ sở trong chức năng CCF, đồng thời chỉ ra cách các hoạt động này tương tác để xử lý cuộc gọi và thực hiện kết nối Nó cung cấp cấu trúc mô tả các sự kiện cuộc gọi/kết nối có thể dẫn đến yêu cầu dịch vụ IN, cũng như các dịch vụ IN được gọi trong quá trình xử lý, và các điểm chuyển giao điều khiển cho SCF.
Các thành phần của 1 BCSM được mô tả như sau:
2.4.5 Những tiện ích và dịch vụ của mạng thông minh
