Bài giảng báo hiệu và điều khiển kết nối phần 2 ThS Hoàng Trọng Minh

81



CHƯƠNG 3: BÁO HIỆU TRONG MẠNG THÔNG TIN DI
ĐỘNG
Tóm tắt: Nội dung của chương tập trung vào các mô hình báo hiệu trong mạng
thông tin di động bao gồm các mạng di động thế hệ hai và thế hệ ba. Các thủ tục
báo hiệu được phân chia thành các vùng mạng truy nhập vô tuyến và vùng mạng lõi
cùng với các kết nối báo hiệu tới các hạ tầng mạng khác.
3.1 BÁO HIỆU TRONG MẠNG DI ĐỘNG TẾ BÀO
3.1.1 Các thế hệ phát triển mạng di động tế bào
Từ cuối những năm 1970, với sự ra đời của các công nghệ, các mạng vô tuyến di
động tế bào đã đƣợc phát triển rất nhanh chóng. Thập kỷ 1980 chứng kiến sự ra đời
của một số hệ thống vô tuyến tế bào tƣơng tự, thƣờng đƣợc gọi là các mạng vô
tuyến di động mặt đất công cộng PLMR (Public Land Mobile Radio). Các hệ thống
loại này đƣợc gọi là hệ thống vô tuyến di động tế bào thế hệ thứ nhất 1G (1st
Generation), tiêu biểu là Hệ thống các dịch vụ điện thoại di động tiên tiến AMPS
(Advanced Mobile Phone Service) của Mỹ công tác trên dải tần 800 MHz và Hệ
thống điện thoại di động Bắc Âu NMT 450 (Nordic Mobile Telephony) công tác
trên dải tần 450 MHz, rồi sau đó trên cả dải 900 MHz (NMT 900). Làm việc ở dải
UHF, các mạng này cho thấy một sự thay đổi vƣợt bậc về độ phức tạp của các hệ
thống thông tin liên lạc dân sự. Chúng cho phép những ngƣời sử dụng có đƣợc các
cuộc đàm thoại trong khi di động với nhau hay với bất kỳ đối tƣợng nào có nối tới
các mạng điện thoại chuyển mạch công cộng PSTN hoặc các mạng thông tin số đa
dịch vụ tích hợp ISDN.
Trong những năm 1990 đã có những bƣớc tiến hơn nữa với việc áp dụng các hệ
thống thông tin di động tế bào số (digital cellular system). Các hệ thống mới này
đƣợc gọi là các hệ thống vô tuyến di động thế hệ thứ hai 2G (2nd Generation), tiêu
biểu là Hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM (Global System for Mobile
communications) của Châu Âu công tác trên dải tần 900 MHz và 1800 MHz, các hệ

PTIT
82



thống của Mỹ IS-136 làm việc trên hai dải 800 MHz và 1900 MHz hay IS-95 công
tác trên dải 800 MHz và các hệ thống viễn thông không dây số (digital cordless
telecommunication system) nhƣ Hệ thống viễn thông không dây số của Châu Âu
DECT (Digital European Cordless Telecommunications). Trong số các hệ thống 2G
kể trên, hệ thống GSM đƣợc xem là hệ thống thành công nhất. Ngoài các dịch vụ
điện thoại truyền thống, các hệ thống vô tuyến di động số thế hệ thứ hai cung cấp
một mảng các dịch vụ mới khác nhƣ thƣ thoại (voice-mail), truyền số liệu tốc độ
thấp, truyền fax, các tin ngắn (short message)
Các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai chủ yếu vẫn nhắm vào phục vụ
dịch vụ thoại. Dịch vụ số liệu mà chúng đáp ứng đƣợc chủ yếu là dịch vụ truyền số
liệu chuyển mạch kênh tốc độ thấp (dƣới 10 kb/s), không đáp ứng đƣợc các nhu cầu
truyền số liệu ngày càng tăng. Chính sự phát triển nhanh chóng về nhu cầu đối với
các dịch vụ dữ liệu, nhất là đối với Internet, đã thúc đẩy mạnh mẽ công nghiệp vô
tuyến và là động lực chính đối với sự phát triển các hệ thống thông tin di động thế
hệ thứ ba 3G (3rd Generation) đa dịch vụ. Các nỗ lực phát triển thông tin di động
3G đƣợc phát động trƣớc tiên tại Châu Âu. Vào năm 1988, dự án RACE 1043 đã
đƣợc hình thành với mục đích ấn định công nghệ và dịch vụ cho hệ thống 3G gọi là
Hệ thống viễn thông di động vạn năng (UMTS: Universal Mobile
Telecommunications System). Song song với dự án RACE 1043, Liên minh viễn
thông quốc tế ITU (International Telecommunication Union) cũng thành lập ban
TG8/1, ban đầu đặt dƣới sự bảo trợ của CCIR (Uỷ ban tƣ vấn quốc tế về vô tuyến),
nhằm phối hợp hoạt động nghiên cứu phát triển hệ thống 3G với tên gọi Hệ thống
viễn thông di động mặt đất công cộng tƣơng lai (FPLMTS: Future Public Land
Mobile Telecommunications System), mục đích ban đầu là xây dựng một tiêu chuẩn
3G chung cho toàn thế giới. Sau này TG8/1 đã bỏ tên gọi FPLMTS, thay bằng Viễn

thông di động quốc tế cho năm 2000 (IMT-2000: International Mobile
Telecommunications-2000) và chấp nhận một họ các tiêu chuẩn cho 3G. Dự án
IMT-2000 đã xây dựng các yêu cầu chung nhất cho các hệ thống thông tin di động
PTIT
83



3G nhằm phục vụ nhiều loại hình dịch vụ, với tốc độ tối đa lên tới 2 Mb/s. Các yêu
cầu cơ bản đối với các hệ thống thông tin di động 3G, một cách vắn tắt, bao gồm:
+ Có khả năng truyền thông đa phƣơng tiện với các tốc độ: a) 384 kb/s (đi bộ) và
144 kb/s (trên xe) đối với môi trƣờng ngoài trời (out-door) có vùng phủ sóng tƣơng
đối rộng; b) tới 2 Mb/s đối với môi trƣờng trong nhà (in-door) có vùng phủ sóng
hẹp;
+ Có khả năng cung cấp đa dịch vụ nhƣ thoại, hội nghị truyền hình (video
conferencing), dữ liệu gói. Hỗ trợ cả các dịch vụ chuyển mạch kênh lẫn chuyển
mạch gói và truyền dữ liệu không đối xứng (tốc độ bít cao trên đƣờng xuống và tốc
độ bít thấp trên đƣờng lên);
+ Có khả năng lƣu động và chuyển vùng quốc gia lẫn quốc tế;
+ Có khả năng tƣơng thích, cùng tồn tại và liên kết với vệ tinh viễn thông;
+ Cơ cấu tính cƣớc theo dung lƣợng truyền chứ không theo thời gian kết nối;
Đã có tới mƣời sáu đề xuất tiêu chuẩn cho các hệ thống 3G, trong đó mƣời cho
các mạng 3G mặt đất và sáu cho các hệ thống di động vệ tinh MSS (Mobile Satellite
Systems). Đa số các đề xuất đều ủng hộ chọn CDMA (Code Division Multiple
Access-Đa truy nhập theo mã) làm phƣơng thức đa truy nhập và ITU chấp thuận các
tiêu chuẩn trong IMT-2000 sẽ bao gồm năm công nghệ sau:
+ IMT DS (Direct Sequence): Công nghệ này đƣợc gọi rộng rãi là UTRA FDD
và W-CDMA, trong đó UTRA là Truy nhập vô tuyến mặt đất cho UMTS (UMTS
Terrestrial Radio Access), FDD là song công phân chia theo tần số (Frequency
Division Duplex), còn W trong W-CDMA là băng rộng (Wideband);

+ IMT MC (MultiCarrier): Hệ thống này (còn đƣợc gọi là cdma2000) là phiên
bản 3G của IS-95 (nay đƣợc gọi là cdmaOne), sử dụng đa sóng mang;
+ IMT TC (Time Code): Đây là UTRA TDD, tức là kiểu UTRA sử dụng song
công phân chia theo thời gian (Time Division Duplex);
PTIT
84



+ IMT SC (Single Carrier): IMT đơn sóng mang, nguyên thuỷ là một dạng của
GSM pha 2+ gọi là EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution);
+ IMT FT (Frequency Time): IMT tần số-thời gian, là hệ thống viễn thông không
dây tăng cƣờng DECT (Digitally Enhanced Cordless Telecommunications).
Hiện nay, ITU thực hiện việc phân loại các mạng di động quốc tế thành 3 loại hệ
thống gồm: các hệ thống IMT-2000 là các hệ thống 3G (UMTS, CDMA2000); hệ
thống enhanced IMT-2000 (thế hệ sau 3G) và IMT-Advance là hệ thống 4G. Để
tiến tới 4G, LTE đƣợc coi là con đƣờng chính hiện nay cho sự phát triển công nghệ
và đƣợc phát triển bởi 3GPP.

Hình 3.1: Lộ trình phát triển các thế hệ mạng di động
3GPP-LTE là công nghệ hƣớng tới hệ thống di động tốc độ cao và tích hợp với
các chuẩn ứng dụng dịch vụ khác. Do đó, ngƣời dùng có thể dễ dàng thực hiện cuộc
gọi hoặc truyền dữ liệu giữa LTE và các mạng GSM/GPRS hoặc UMTS trên nền
WCDMA. 3GPP-LTE hỗ trợ cơ chế cấp phát phổ tần linh động và các dịch vụ đa
phƣơng tiện tốc độ cao khi thiết bị di chuyển.
PTIT
85

3.1.2 Kiến trúc báo hiệu cho hệ thống GSM
Kiến trúc hệ thống GSM đƣợc chia làm 3 phần: phân hệ trạm gốc BSS, phân hệ
chuyển mạch và mạng NSS, phân hệ vận hành và bảo dƣỡng OSS. Mỗi phân hệ có
các nhiệm vụ riêng và đƣợc cấu trúc bởi các thực thể chức năng. BSS gồm có bộ
thu phát gốc BTS và bộ điều khiển trạm gốc BSC. BSS cung cấp và quản trị tuyến
thông tin giữa thuê bao di động MS và NSS. NSS là bộ não của toàn bộ mạng GSM,
nó bao gồm trung tâm chuyển mạch cho di động MSC và 4 nút mạng thông minh là
đăng ký thuê bao nhà HLR, đăng ký thuê bao khách VLR, đăng ký nhận dạng thiết
bị EIR và trung tâm nhận thực AuC. OSS cung cấp phƣơng tiện để các nhà cung
cấp dịch vụ có thể điều khiển và quản trị mạng. Nó gồm các trung tâm vận hành và
bảo dƣỡng OMC làm nhiệm vụ khai thác, quản lý, bảo dƣỡng.

Hình 3.2: Các thành phần cơ bản của hệ thống GSM
Nguyên thủy thì phân hệ OSS thuộc quyền sở hữu của mạng và không liên quan
đến báo hiệu. Còn đứng về mặt thuật ngữ của lớp vật lý thì môi trƣờng không khí
trên giao diện MS-BTS để truyền dẫn sóng vô tuyến và dùng LAP-D là giao thức
lớp 2. MSC không kết nối trực tiếp với BTS mà thông qua BSC, đƣợc coi nhƣ là
giao diện giữa phần vô tuyến và phần chuyển mạch. Kết nối giữa BTS và BSC
PTIT
86



thông qua giao diện A–bis. Giao diện A-bis là đƣờng liên kết số 64 kbps, sử dụng 3
giao thức để truyền tải thông tin báo hiệu đến MSC:
o Thủ tục truy nhập đƣờng trên kênh D (LAPD)
o Quản trị trạm thu phát gốc (BTSM)
o Bảo dƣỡng và vận hành A-bis (ABOM)
o Phần ứng dụng truyền tải trực tiếp (DTAP)
Giao thức LAPD đƣợc dùng nhƣ giao thức lớp 2, cung cấp khả năng trao đổi

thông tin cần thiết từ nút - nút để gửi các gói tin qua mạng. Giao thức BTSM dùng
để quản lý các thiết bị vô tuyến của trạm gốc và giao diện giữa trạm gốc với MSC.
Dữ liệu và các thông tin báo hiệu khác đƣợc gửi từ trạm gốc thông qua một giao
thức của SS7 - phần DTAP.

Hình 3.3: Phân lớp chức năng của SS7 trong mạng GSM
Các giao thức SS7 đƣợc sử dụng trong mạng di động để cung cấp thông tin báo
hiệu cho việc thiết lập và giải phóng các kết nối cũng nhƣ chia sẻ những thông tin
trong cơ sở dữ liệu cho các thực thể của mạng. Ngăn xếp của SS7 sử dụng cho
mạng di động đƣợc thể hiện trên hình 3.3.
MSC kết nối với mạng cố định thông qua giao thức ISUP hoặc TUP. Cùng với
MTP và SCCP, còn có thêm một số các giao thức khác để MSC giao tiếp với các
thực thể khác trong hệ thống GSM. Đó là các giao thức:
o Phần ứng dụng di động MAP
PTIT
87



o Phần ứng dụng di động phân hệ trạm gốc BSSMAP
o Phần ứng dụng truyền tải trực tiếp DTAP
o Phần ứng dụng khả năng phiên dịch TCAP
Trên giao diện A giữa phân hệ BSS và MSC sử dụng phần ứng dụng hệ thống
trạm gốc BSSAP. BSSAP có thể đƣợc chia thành phần ứng dụng quản trị hệ thống
trạm gốc BSSMAP và phần ứng dụng truyền tải trực tiếp DTAP.
BSSAP đƣợc sử dụng để trao đổi các bản tin giữa BSC và MSC mà BSC thực sự
phải xử lý ví dụ nhƣ bản tin quản trị tài nguyên vô tuyến RR. Còn DTAP bao gồm
những bản tin mà phân hệ NSS và máy di động MS trao đổi với nhau. Những bản
tin này (ví dụ bản tin quản trị kết nối CM, bản tin quản trị di động MM) là trong
suốt đối với BSC. BSC chỉ làm chức năng chuyển tiếp bản tin mà không xử lý nó.

Phần ứng dụng di động MAP là giao thức của SS7 hỗ trợ cho mạng di động. Nó
định nghĩa những hoạt động giữa các thành phần mạng nhƣ MSC, HLR, VLR, EIR
và mạng cố định. Các lớp truyền tải, phiên và trình diễn không sử dụng trong SS7,
các chức năng này đƣợc nhóm trong lớp ứng dụng sử dụng ISUP và TUP. Các giao
thức MAP đƣợc thiết kế là MAP/B và MAP/H tuỳ thuộc vào chức năng của giao
tiếp. Các giao diện và giao thức của GSM đƣợc trình bày trong bảng 3.1 và hình
dƣới đây.
Bảng 3.1: Các giao diện và giao thức cơ bản của hệ thống GSM
Giao diện
Liên kết
Mô tả
U
m

MS-BSS
Giao tiếp môi trƣờng đƣợc sử dụng để trao đổi
thông tin giữa MS-BSS. LAPD
m
là thủ tục sửa đổi từ
LAPD d cho báo hiệu.
A
bis
BSC-BTS
Giao diện nội bộ của BSS sử dụng liên kết giữa
BSC và BTS. A
bis
cho phép điều khiển thiết bị vô
tuyến và chỉ định tần số trong BTS.
A
BSS-MSC

Quản lý nguồn tài nguyên và tính di động của MS.
B
MSC-VRL
Xử lý báo hiệu giữa MSC và VRL. Giao tiếp B sử
PTIT
88



dụng giao thức MAP/B.
C
GMSC-
HRL
SMSG-
HRL
Sử dụng để điều khiển các cuộc gọi từ trong vùng
GSM ra ngoài và ngƣợc lại. Giao thức MAP/C sử
dụng cho thông tin định tuyến và tính cƣớc qua các
gateway.
D
HRL-VRL
Giao thức MAP/D sử dụng để trao đổi dữ liệu liên
quan tới vị trí của MS và các số liệu phụ của thuê
bao.
E
MSC-MSC
Giao thức MAP/E sử dụng để trao đổi thông tin
chuyển vùng giữa các MSC.
F
MSC-EIR

Giao thức MAP/F sử dụng để xác nhận trạng thái
IMEI của MS.
G
VRL-VRL
Giao thức MAP/G sử dụng để chuyển các thông
tin thuê bao trong các thủ tục cập nhật vị trí vùng.
H
MSC-
SMSG
Giao thức MAP/H hỗ trợ truyền bản tin nhắn tin
ngắn SMS.
I
MSC-MS
Giao diện I là giao diện giữa MSC và MS. Các bản
tin trao đổi qua giao diện I qua BSS là trong suốt.


Hình 3.4: Vị trí các giao diện trong hệ thống GSM
PTIT
89



Các hoạt động điều hành của MAP có thể chia thành 5 phần chính nhƣ sau: quản
lý di động; vận hành và bảo dƣỡng; xử lý cuộc gọi; hỗ trợ dịch vụ bổ sung; dịch vụ
bản tin ngắn SMS.
Quản lý di động
Các tác vụ quản lý di động gồm một số các nội dung sau: Quản lý vị trí, tìm kiếm
vị trí của MS, quản lý truy nhập, chuyển giao vùng, quản lý nhận thực, quản lý bảo
mật, quản lý IMEI, quản lý thuê bao, nhận dạng thuê bao và khôi phục lỗi.

Để hạn chế các thông tin trao đổi giữa HRL, các HRL chỉ chứa các thông tin về
MSC/VRL quản lý thuê bao hiện thời. Việc quản lý vị trí gồm một số tác vụ nhƣ:
Cập nhật vùng, loại bỏ vùng, gửi nhận dạng, xác định MS.
Chuyển vùng giữa các MSC đƣợc thực hiện bởi một chuỗi các thủ tục báo hiệu
gồm: Chuẩn bị chuyển vùng, gửi tín hiệu tới kết cuối, xử lý báo hiệu truy nhập,
chuyển báo hiệu truy nhập và chuyển vùng. Các thủ tục cơ bản đƣợc thể hiện qua ví
dụ trên hình 3.5 dƣới đây. Các thủ tục đƣợc thực hiện qua giao thức MAP/E, cập
nhật vị trí mới của MS đƣợc thực hiện qua MAP/D không thể hiện trong hình vẽ.

Hình 3.5: Các thủ tục chuyển vùng qua MAP/E
PTIT
90



Vận hành và bảo dưỡng
Vận hành và bảo dƣỡng đƣợc chia thành hai vùng chính: Giám sát thuê bao và
nhiệm vụ hỗn hợp. Giám sát thuê bao gồm hai trạng thái kích hoạt và không kích
hoạt, trạng thái kích hoạt giám sát thuê bao đƣợc khởi tạo từ HRL yêu cầu VRL
kiểm tra trạng thái của thuê bao và gửi về MSC để giám sát MS. Nhiệm vụ hỗn hợp
sử dụng trong mạng GSM hiện nay chỉ thực hiện nhiệm vụ trao đổi thông tin về
thuê bao giữa HRL và VRL.
Xử lý cuộc gọi
Các thủ tục xử lý cuộc gọi chủ yếu dựa trên các thông tin định tuyến, khi các
thuê bao tìm kiếm và xác nhận các địa chỉ MSC đích, các thủ tục do MAP không
còn cần thiết. Riêng việc xử lý cuộc gọi qua gateway của trung tâm chuyển mạch di
động GMSC thì vẫn phải sử dụng các giao thức MAP/C.

Hình 3.6: Các điều hành của MAP trong trường hợp cuộc gọi từ mạng PSTN
Trong trƣờng hợp một thuê bao từ mạng cố định PSTN gọi sang mạng di động,

các bản tin khởi tạo ISUP IAM đƣợc gửi tới gateway chứa thông tin số bị gọi. Dựa
trên các con số này, mạng PSTN định tuyến cuộc gọi tới GMSC thích hợp. GMSC
chứa nhận dạng thuê bao di động trong cơ sở dữ liệu sẽ sử dụng điều hành MAP tới
HRL để tim kiếm MS. Nếu thuê bao đang trong trạng thái chuyển vùng, các thông
tin trao đổi giữa HRL và VRL đƣợc thực thi để đảm bảo quá trình định tuyến thành
PTIT
91



công. Hình vẽ 3.6 chỉ ra thủ tục của MAP trong trƣờng hợp cuộc gọi từ mạng
PSTN.
Hỗ trợ dịch vụ bổ sung
Các dịch vụ bổ sung đƣợc thực thi qua các điều hành MAP gồm có một số tác vụ
nhƣ: Đăng ký dịch vụ bổ sung, xoá dịch vụ bổ sung, kích hoạt dịch vụ bổ sung, huỷ
bỏ kích hoạt dịch vụ bổ sung, liên kết điều hành dịch vụ bổ sung, đăng ký mật khẩu
và lấy mật khẩu.
Dịch vụ bản tin ngắn SMS
Dịch vụ bản tin ngắn SMS là một trong các dịch vụ cơ bản của hệ thống di động
GSM, các điều hành dịch vụ bản tin ngắn SMS gồm có một số tác vụ: Chuyển bản
tin ngắn, gửi thông tin định tuyến cho bản tin ngắn, báo cáo trạng thái bản tin, cảnh
báo từ trung tâm nhắn tin và thông tin của trung tâm dịch vụ. Các thông tin trao đổi
giữa MSC đƣợc thực hiện qua giao thức MAP/E đƣợc chỉ ra trên hình vẽ 3.7 dƣới
đây.

Hình 3.7: Điều hành MAP liên quan tới dịch vụ bản tin ngắn SMS
3.1.3 Mạng thông minh
Mạng thông minh (IN – Intelligent Network) là mạng viễn thông tách rời dịch
vụ, nghĩa là sự thông minh đƣợc lấy ra từ thiết bị chuyển mạch và trong các máy
tính phân bổ trên mạng. Mạng thông minh cung cấp tới ngƣời vận hành mạng

PTIT
92



phƣơng tiện để phát triển và điều khiển các dịch vụ một cách linh hoạt và hiệu quả
hơn. IN cung cấp năng lực mạng thoả mãn nhu cầu thay đổi thƣờng xuyên của
khách hàng, tính thông minh của mạng trở nên phân tán với độ phức tạp ngày càng
tăng nhanh. IN/1 thể hiện mô hình thực hiện dịch vụ ở bên ngoài các hệ thống
chuyển mạch, đặt trong những cơ sở dữ liệu gọi là những điểm điều khiển dịch vụ
(SCP – Service Controll Points). Hai dịch vụ cần đến IN/1 là dịch vụ 800 (hay điện
thoại miễn phí) và xác minh thẻ cuộc gọi (hay dịch vụ thực hiện hóa đơn luân phiên
[ABS]). Để giao tiếp với nguyên tắc thực hiện dịch vụ giá trị gia tăng, phần mềm
phải đƣợc triển khai trong những hệ thống chuyển mạch. Phần mềm hệ thống
chuyển mạch này cho phép thừa nhận hệ thống chuyển mạch khi nó cần thiết để
giao tiếp với một SCP thông qua mạng SS7. Sau khi IN/1 xuất hiện thì các nhà cung
cấp liên tục đƣa ra các dịch vụ mới, nhƣng có 1 điều không đổi đó là : mạng thông
minh IN là mạng viễn thông độc lập dịch vụ. Mạng IN cho phép các hệ thống
chuyển mạch và các hệ thống điều khiển dịch vụ xuất xứ từ các nhà cung cấp khác
nhau làm việc với nhau một cách độc lập và trơn tru. Điều này cung cấp cho các nhà
điều hành mạng các phƣơng tiện để phát triển và điều khiển dịch vụ hiệu quả hơn.
Các dịch vụ mới có thể đƣợc giới thiệu một cách nhanh chóng trong mạng và dễ
dàng đƣợc thiết lập phù hợp với nhu cầu của khách hàng mà không phải thay đổi
cấu trúc của các nút chuyển mạch trong mạng.
Mô hình mang tính khái niệm về mạng thông minh bao gồm 4 mặt phẳng. Mỗi
mặt phẳng tƣợng trƣng cho một quan điểm trừu tƣợng khác nhau về các khả năng
đƣợc mạng cấu trúc theo kiểu IN. Các quan điểm này lần lƣợt nhằm vào các khía
cạnh dịch vụ, tính năng tổng thể, tính năng phân phối và các khía cạnh vật lý của
mạng IN.
Mặt phẳng dịch vụ: Mặt phẳng dịch vụ minh hoạ cho các dịch vụ cung cấp bởi

mạng IN (Chẳng hạn dịch vụ Prepaid, Freephone ,Tevoting…). Một dịch vụ bao
gồm nhiều đặc tính dịch vụ SF (Service Feature) và có thể đƣợc tăng cƣờng vào các
đặc tính dịch vụ khác. SF có 2 loại: lõi dịch vụ và tùy chọn dịch vụ. Một đặc tính
dịch vụ SF là phần tử nhỏ nhất của một dịch vụ mà ngƣời sử dụng dịch vụ có thể
PTIT
93



nhận thức đƣợc. Những SF đóng vai trò trong việc đặc tả và thiết kế các dịch vụ
mới phức tạp hơn, muốn tạo ra một dịch vụ chỉ cần tạo ra SF phần lõi và khi muốn
nâng cấp dịch vụ thì chỉ cần kết hợp thêm các SF tùy chọn. Nhờ vậy mà các dịch vụ
trong mạng IN sẽ đƣợc cung cấp một cách nhanh chóng và đa dạng hơn.

Hình 3.8: Mô hình khái niệm mạng IN
Mặt phẳng chức năng tổng thể GFP (Global Function Plane): GFP tạo ra mô hình
chức năng mạng từ quan điểm tổng thể. Vì vậy mạng có cấu trúc IN đƣợc nhìn nhận
nhƣ là một thực thể đơn trong GFP. Trong mặt phẳng này, dịch vụ và các SF đƣợc
định nghĩa lại về mặt chức năng mạng rộng, những chức năng này không phải là
dịch vụ hay đặc tính dịch vụ riêng biệt nữa mà đƣợc tham chiếu nhƣ là các khối xây
dựng dịch vụ độc lập. Khối xây dựng dịch vụ độc lập xử lý cuộc gọi cơ sở và
chƣơng trình Logic - dịch vụ tổng thể GSL (Global Service Logic). GSL mô tả các
khối xây dựng dịch vụ độc lập kết hợp với nhau nhƣ thế nào đƣợc sử dụng để mô tả
đặc tính dịch vụ SF.
Mặt phẳng chức năng phân phối DFP (Distributed Functional Plane): DFP gồm
các thực thể chức năng FE (Functional Entity). Một chƣơng trình logic dịch vụ
(SLP) trong GFP đƣợc đại diện bởi một nhóm các SIB phân phối tại các FE. Đặc
biệt, mỗi SIB đƣợc thực hiện trong DFP bởi một chuỗi các hoạt động của thực thể
chức năng cụ thể FEA (Functional Entity Action) đƣợc thực hiện trong các FE. Một
PTIT

94



số trong các FEA này tạo ra luồng thông tin giữa các FE; có nghĩa trao đổi bản tin
giữa các FE sẽ thông qua FEA.
Mặt phẳng vật lý: Mặt phẳng vật lý của mô hình mạng thông minh bao gồm các
thực thể vật lý PE khác nhau và sự tƣơng tác giữa chúng. Mỗi PE gồm một hoặc
nhiều FE xác định chức năng trong mạng IN. Có thể đặt một hoặc nhiều thực thể
chức năng FE trong một PE. Ngoài ra một FE không thể đƣợc tách ra giữa hai PE,
một FE đƣợc ánh xạ hoàn toàn trong một PE. Cuối cùng, trƣờng hợp bản sao của
một FE có thể đƣợc ánh xạ đến các PE khác mặc dù không cùng PE.
3.2 BÁO HIỆU TẠI MẠNG TRUY NHẬP
Nhằm tìm hiệu báo hiệu trong mạng thông tin di động hiện nay, mục này sẽ phân
tích các giao diện báo hiệu trong mạng truy nhập của hệ thống UMTS. UMTS là sự
phát triển lên 3G của họ công nghệ GSM (GSM, GPRS & EDGE), là công nghệ
duy nhất đƣợc các nƣớc châu Âu công nhận cho mạng 3G. GSM và UMTS cũng là
dòng công nghệ chiếm thị phần lớn nhất trên thị trƣờng thông tin di động.
Các thành phần thiết bị chính và các giao diện của UMTS đƣợc chỉ ra trên hình
3.9.

Hình 3.9: Cấu trúc của UMTS
UE (User Equipment): Thiết bị ngƣời sử dụng thực hiện chức năng giao tiếp ngƣời
sử dụng với hệ thống. UE gồm hai phần:
PTIT
95



o Thiết bị di động (ME : Mobile Equipment) : Là đầu cuối vô tuyến đƣợc sử dụng

cho thông tin vô tuyến trên giao diện Uu.
o Module nhận dạng thuê bao UMTS (USIM) : Là một thẻ thông minh chứa thông
tin nhận dạng của thuê bao, nó thực hiện các thuật toán nhận thực, lƣu giữ các
khóa nhận thực và một số thông tin của thuê bao cần thiết.
UTRAN (UMTS Terestrial Radio Access Network): Mạng truy nhập vô tuyến có
nhiệm vụ thực hiện các chức năng liên quan đến truy nhập vô tuyến. UTRAN gồm
hai phần tử:
o Nút B: Thực hiện chuyển đổi dòng số liệu giữa các giao diện Iub và Uu. Nó
cũng tham gia quản lý tài nguyên vô tuyến.
o Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNC: Có chức năng sở hữu và điều khiển các tài
nguyên vô tuyến ở trong vùng (các nút B đƣợc kết nối với nó). RNC còn là điểm
truy cập tất cả các dịch vụ do UTRAN cung cấp cho mạng lõi CN.
CN (Core Network): Mạng lõi gồm các thành phần sau.
o HLR (Home Location Register): Là thanh ghi định vị thƣờng trú lƣu giữ thông
tin chính về lý lịch dịch vụ của ngƣời sử dụng. Các thông tin này bao gồm:
Thông tin về các dịch vụ đƣợc phép, các vùng không đƣợc chuyển mạng và các
thông tin về dịch vụ bổ sung nhƣ: trạng thái chuyển hƣớng cuộc gọi, số lần
chuyển hƣớng cuộc gọi.
o MSC/VLR (Mobile Services Switching Center/Visitor Location Register): Là
tổng đài (MSC) và cơ sở dữ liệu (VLR) để cung cấp các dịch vụ chuyển mạch
kênh cho UE tại vị trí của nó. MSC có chức năng sử dụng các giao dịch chuyển
mạch kênh. VLR có chức năng lƣu giữ bản sao về lý lịch ngƣời sử dụng cũng
nhƣ vị trí chính xác của UE trong hệ thống đang phục vụ.
o GMSC (Gateway MSC): Chuyển mạch kết nối với mạng ngoài.
o SGSN (Serving GPRS): Có chức năng nhƣ MSC/VLR nhƣng đƣợc sử dụng cho
các dịch vụ chuyển mạch gói (PS).
PTIT
96

o GGSN (Gateway GPRS Support Node): Có chức năng nhƣ GMSC nhƣng chỉ
phục vụ cho các dịch vụ chuyển mạch gói.
Các mạng ngoài: Bao gồm mạng chuyển mạch kênh và mạng chuyển mạch gói.
o Mạng CS : Mạng kết nối cho các dịch vụ chuyển mạch kênh.
o Mạng PS : Mạng kết nối cho các dịch vụ chuyển mạch gói.
Các giao diện vô tuyến: gồm một số giao diện sau.
o Giao diện Cu: Là giao diện giữa thẻ thông minh USIM và ME. Giao diện này
tuân theo một khuôn dạng chung cho các thẻ thông minh.
o Giao diện Uu: Là giao diện mà qua đó UE truy cập các phần tử cố định của hệ
thống và vì thế mà nó là giao diện mở quan trọng nhất của UMTS.
o Giao diện Iu: Giao diện này nối UTRAN với CN, nó cung cấp cho các nhà khai
thác khả năng trang bị UTRAN và CN từ các nhà sản xuất khác nhau.
o Giao diện Iur: Cho phép chuyển giao mềm giữa các RNC từ các nhà sản xuất
khác nhau.
o Giao diện Iub: Giao diện cho phép kết nối một nút B với một RNC.
3.2.1 Xử lý cuộc gọi tại giao diện Iub
Giao diện Iub nằm giữa RNC và một node B. RNC điều khiển node B thông qua
Iub một số tác vụ nhƣ: thỏa thuận tài nguyên vô tuyến, bổ sung hoặc loại bỏ các tế
báo khỏi node B, hỗ trợ các kiểu truyền thông khác nhau và các liên kết điều khiển.
Giao diện Iub cho phép truyền dẫn liên tục chia sẻ giữa giao diện Abis/GSM và
giao diện Iub, tối thiểu số lƣợng tùy chọn có sẵn trong phần chức năng giữa RNC và
node B. Bên cạnh chức năng điều khiển các ô, thêm hoặc loại bỏ các liên kết vô
tuyến trong các ô thuộc quản lý của các node B, Iub hỗ trợ chức năng O&M của
node B. Iub cho phép chuyển mạch giữa các kiểu kênh khác nhau nhằm duy trì kết
nối. Các chức năng chi tiết của Iub nhƣ sau:
PTIT
97

o Tái định vị bộ điều khiển mạng dịch vụ vô tuyến SRNC (Serving Radio
Network Controller): Chuyển chức năng SRNC cũng nhƣ các nguồn tài
nguyên liên quan tới Iu từ một RNC này tới một RNC khác.
o Quản lý kênh mang truy nhập vô tuyến RAB (Radio Access Bearer): bao gồm
thiết lập, quản lý và giải phóng kênh mang truy nhập vô tuyến.
o Yêu cầu giải phóng RAB: gửi yêu cầu giải pháp kênh mang truy nhập vô
tuyến tới mạng lõi CN.
o Giải phóng các tài nguyên kết nối Iu: giải phóng toàn bộ tài nguyên liên quan
tới một kết nối Iu. Gửi yêu cầu giải phóng toàn bộ kết nối Iu tới mạng lõi CN.
o Quản lý các tài nguyên truyền tải Iub: quản lý liên kết Iub, quản lý cấu hình ô,
đo hiệu năng mạng vô tuyến, quản lý sự kiện tài nguyên, quản lý kênh truyền
tải chung, quản lý tài nguyên vô tuyến, sắp xếp cấu hình mạng vô tuyến.
o Quản lý thông tin hệ thống và lƣu lƣợng các kênh chung: Điều khiển chấp
nhận, quản lý công suất, truyền dữ liệu.
o Quản lý lƣu lƣợng của các kênh cố định: Quản lý và giám sát liên kết vô
tuyến, chỉ định và giải tỏa kênh, báo cáo thông tin đo kiểm, quản lý kênh
truyền tải dành riêng, truyền dữ liệu.
o Quản lý lƣu lƣợng các kênh chia sẻ: Chỉ định và giải tỏa kênh, quản lý công
suất, quản lý kênh truyền tải, truyền dữ liệu.
o Quản lý đồng bộ và định thời: Đồng bộ kênh truyền tải, đồng bộ khung, đồng
bộ giữa node B và RNC, đồng bộ giữa các node B.
Để hiểu rõ chức năng xử lý cuộc gọi tại giao diện Iub, ta xem xét một tiến trình
thực hiện cuộc gọi theo các bƣớc nhƣ sau (hình minh họa 3.10). Các bƣớc tiến hành
xử lý cuộc gọi gồm:
Bƣớc 1: Một yêu cầu kết nối điều khiển tài nguyên vô tuyến RRC (Radio
Resource Controller) đƣợc gửi từ UE tới RNC.
Bƣớc 2: Nguồn tài nguyên vô tuyến cần cung cấp cho quá trình thiết lập một
kênh truyền tải cố định DCH (Dedicated Channel) để mang các kênh điều khiển
PTIT

98



logic dành riêng DCCH (Dedicated Control Channel), các DCCH đƣợc sử dụng để
truyền các bản tin của RRC và NAS (NonAccess Stratum).
Bƣớc 3: Khi DCH và DCCH không khả dụng, các bản tin báo hiệu để thiết lập
kết nối cho RRC đƣợc truyền nhờ RACH (Random Access Channel) hƣớng đi và
FACH (Forward Access Channel) hƣớng về.

Hình 3.10: Thủ tục trao đổi thông tin báo hiệu qua Iub
Bƣớc 4: Thủ tục mã hóa/ nhận thực đƣợc yêu cầu từ mạng đƣợc sử dụng để kiểm
tra lần hai nhận dạng UE và chuyển mã giữa RNC và UE nếu cần.
Bƣớc 5: Thiết lập cuộc gọi thoại bắt đầu bởi bản tin SETUP trong lớp
MM/SM/CC. Bản tin Setup gồm con số thiết bị bị gọi và chuyển tới RNC tới miền
mạng chuyển mạch kênh.
Bƣớc 6: Vùng mạng chuyển mạch kênh định nghĩa QoS cho cuộc gọi thoại. Các
giá trị QoS là các tham số trong kênh mang truy nhập vô tuyến RAB. RAB gán thủ
tục tƣơng thích với thiết lập kênh mang trong mạng SS7. RAB cung cấp một kênh
cho thoại gói giữa thiết bị đầu cuối và thiết bị chuyển mạch trong vùng mạng
chuyển mạch kênh.
Bƣớc 7: Tái cấu hình liên kết vô tuyến cung cấp nguồn tài nguyên để thiết lập
kênh mang vô tuyến trong bƣớc tiếp theo.
PTIT
99



Bƣớc 8: Bên cạnh việc thỏa thuận tham số trong thủ tục gán RAB, một kênh vô
tuyến mới đƣợc thiết lập để mang các kênh lƣu lƣợng dành riêng DTCH. Nếu sử

dụng mã AMR để mã hóa thoại, ba kênh DTCH đƣợc thiết lập gồm: Lớp A, Lớp B
và Lớp C.
Bƣớc 9: Giải phóng cuộc gọi thoại đƣợc thực hiện ngay sau khi RRC đƣợc giải
phóng nếu không còn dịch vụ nào đƣợc kích hoạt. Cả hai kênh điều khiển và lƣu
lƣợng dành riêng đƣợc giải phóng. Cuối cùng, RNC giải phóng tài nguyên vô tuyến
bị khóa cho cả hai kênh để dành cho các cuộc gọi khác.
3.2.2 Báo hiệu tại giao diện Iur và Iu
Để xem xét các thủ tục báo hiệu liên quan tới giao diện Iur và Iu, ta xem xét
chồng giao thức mạng UMTS dƣới khía cạnh mặt bằng điều khiển nhƣ trên hình
3.11.

Hình 3.11: Kiến trúc giao thức mạng UMTS
Một kiến trúc giao thức mạng UMTS đƣợc chia thành ba lớp: Lớp mạng truyền
tải gồm các giao thức truyền tải và các chức năng để cung cấp nguồn tài nguyên
AAL2 cho phép trao đổi thông tin giữa UTRAN và mạng chuyển mạch kênh; Lớp
mạng vô tuyến gồm các giao thức và chức năng để quản lý giao diện vô tuyến và
truyền thông giữa các thành phần của UTRAN hay giữa UTRAN và UE; Lớp mạng
hệ thống gồm các giao thức truy nhập mạng để truyền thông giữa mạng chuyển
mạch kênh và UE. Mỗi một lớp đƣợc chia thành mặt bằng điều khiển để truyền các
PTIT
100



thông tin báo hiệu và mặt bằng ngƣời dùng để truyền lƣu lƣợng dữ liệu ngƣời sử
dụng.
a, Mặt bằng điều khiển/ người dùng Iur
Giao diện Iur giữa các RNC chỉ ra hai giải pháp trên lớp truyền tải gồm: SCCP
và các bản tin RNSAP chạy trên nền của SSCOP hoặc SCCP trên nền M3UA nếu
lớp truyền tải là lớp IP.

Hình 3.12: Mặt bằng dữ liệu/ điều khiển của Iur
Các giao thức sử dụng trong mặt bằng điều khiển/ dữ liệu của Iur đảm nhiệm các
chức năng sau:
IP: cung cấp các dịch vụ phi kết nối giữa các mạng và gồm các tính năng đánh
địa chỉ, xác lập kiểu dịch vụ, phân mảnh và ghép gói tin và hỗ trợ bảo mật.
SCTP: giao thức truyền dẫn điều khiển luồng SCTP (Sream Control
Transmission Protocol) cung cấp chức năng xác nhận lỗi cho luồng dữ liệu. Các vấn
đề ngắt dữ liệu, tổn thất dữ liệu hay trùng lặp đƣợc xác định bởi số thứ tự và trƣờng
kiểm tra tổng. SCTP cho phép truyền lại nếu phát hiện ra lỗi gây ngắt luồng dữ liệu.
MTP3-B: Phần chuyển bản tin mức 3 dùng cho mạng băng rộng cung cấp nhận
dạng và chuyển các bản tin mức cao, đồng thời cung cấp chức năng định tuyến và
chia tải.
M3UA: Lớp tƣơng thích ngƣời dùng MTP mức 3 tƣơng đƣơng các chức năng
của MTP3. M3UA đƣợc mở rộng để truy nhập tới các dịch vụ MTP3 cho các ứng
dụng điều khiển từ xa dựa trên IP.
PTIT
101



SCCP: Cung cấp dịch vụ truyền bản tin giữa hai điểm báo hiệu bất kỳ trong cùng
một mạng.
RNSAP: Phần ứng dụng phân hệ mạng vô tuyến RNSAP (Radio Network
Subsystem Application Part) gồm các giao thức truyền thông sử dụng trên giao diện
Iur và sử dụng luật mã hóa gói PER (Packet Encoding Rule).
a, Mặt bằng điều khiển/ người dùng Iu-CS
Chồng giao thức điều khiển/ ngƣời dùng Iu-CS bao gồm một số giao thức.
AMR: Mã hóa đa tốc độ thích ứng AMR (Adaptive Multirate Codec) cung cấp
một miền tốc độ rộng cho dữ liệu và sử dụng cho mã hóa tốc độ thấp cho giao diện

vô tuyến.
TAF: Chức năng tƣơng thích đầu cuối (Terminal Adaptation Function) là giao
thức hỗ trợ biến đổi nhiều kiểu thiết bị đầu cuối khác nhau vào mạng.
RLP: giao thức liên kết vô tuyến (Radio Link Protocol) điều khiển truyền dẫn dữ
liệu giữa mạng GSM và UMTS.

Hình 3.13: Mặt bằng dữ liệu/ điều khiển của Iu-CS
Vùng chuyển mạch kênh liên quan tới một tập các thực thể xử lý lƣu lƣợng ngƣời
sử dụng cũng nhƣ các báo hiệu liên quan. Tại đây gồm các thành phần MSC,
GMSC, VRL và chức năng liên kết liên mạng IWF tới mạng PSTN.
c, Mặt bằng điều khiển/ người dùng Iu-PS
Vùng chuyển mạch gói gồm các thực thể liên quan tới truyền dẫn gói, SGSN,
GGSN và cổng biên.
PTIT
102




Hình 3.14: Mặt bằng dữ liệu/ điều khiển của Iu-PS
Lƣu lƣợng IP đƣợc truyền tải trên AAL5 của ATM. Vì vậy không tồn tại lớp
ALCAP trong mặt bằng điều khiển để thiết lập và xóa bỏ các kết nối ảo chuyển
mạch của lớp AAL2.
3.3 THỦ TỤC BÁO HIỆU TRONG MẠNG LÕI
3.3.1 Thiết lập cuộc gọi với ISUP/BICC
Trên giao diện giữa các MSC, ISUP đƣợc sử dụng để thiết lập và giải phóng các
cuộc gọi qua miền mạng chuyển mạch kênh. Một chức năng tƣơng tự trên giao diện
Nc là BICC đƣợc định nghĩa trong 3GPP rel 4. BICC tƣơng thích một phần với
ISUP khi phần lớn các bản tin báo hiệu đều cùng tên nhƣng không thể hoạt động
ngang hàng. Phần khác biệt chính là ISUP sử dụng chỉ một khe thời gian trong

luồng E1 hoặc T1 với tốc độ không đổi (64kbps hoặc 56 kbps). Trong khi BICC có
khả năng cung cấp và điều khiển bất kỳ một mức chất lƣợng dịch vụ nào cho các
kết nối từ đầu cuối tới đầu cuối. Các dịch vụ khả thi cung cấp cho thuê bao 3G trong
Rel 4 có thể đƣa ra từ các kết nối kênh hẹp tới các luồng đa phƣơng tiện thời gian
thực.
Có ít nhất hai giao thức cung cấp dịch vụ truyền tải cho bản tin ISUP và BICC
gồm bản tin SS7 MTP và M3UA. Các địa chỉ đƣợc tìm thấy trong nhãn định tuyến.
Mỗi mạng SS7 trao đổi địa chỉ của nút gửi bằng mã điểm báo hiệu SPC. Nhãn định
tuyến thuộc đơn vị báo hiệu bản tin MTP mức 2 trong trƣờng hợp dựa trên luồng
E1, T1 hoặc nằm một phần trên MTP3-B nếu sử dụng hệ thống truyền tải ATM.
Phía gửi bản tin MSU hoặc MTP3-B đƣợc gọi là mã điểm đi OPC và phía nhận là
PTIT
103



mã điểm đến DPC. Tham số SLS đƣa thông tin về liên kết báo hiệu số 7 sẽ thuộc
nhóm liên kết nào sử dụng để gửi bản tin. Độ dài của SPC phụ thuộc vào cùng địa
lý. Trong trƣờng hớp sử dụng báo hiệu M3UA, địa chỉ IP đƣợc sử dụng để nhận
dạng máy chủ MSC.

Hình 3.15: Tiến trình cuộc gọi ISUP
Một cuộc gọi ví dụ trên hình 3.15 chỉ ra các thủ tục cần thiết cho một cuộc gọi
ISUP thành công. Các bản tin ISUP đƣợc trao đổi giữa hai MSC và đƣợc kết nối bởi
STP với nhiệm vụ duy nhất là định tuyến bản tin báo hiệu. STP không thiết lập hoặc
giải phóng cuộc gọi nhƣng đóng vai trò quan trọng của các dịch vụ mạng thông
minh.
Trên hình 3.15 cho thấy các thủ tục thiết lập cuộc gọi BICC trên giao diện E.
BICC sử dụng dịch vụ truyền tải MTP để trao đổi bản tin báo hiệu qua liên kết
ATM. Dịch vụ mang đƣợc điều khiển bởi BICC là thoại qua ATM sử dụng kênh ảo

chuyển mạch AAL2 trên giao diện E.

Hình 3.16: Các giao thức trên giao diện E
PTIT
104



Để rõ các thủ tục thiết lập và giải phóng một cuộc gọi sử dụng BICC, ta xem xét
các lƣu đồ trên hình 3.17. Mỗi nút mạng đƣợc nhận dạng bởi SPC SS7 là một phần
của nhãn định tuyến MTP. Các bản tin trên giao diện IuCS đƣợc lọc bởi giao thức
SCCP. Trên giao diện E, tất cả các bản tin BICC đều có cùng OPC hoặc DPC tƣơng
ứng với nhãn điện thoại MTP và đƣợc thêm giá trị CIC của BICC nếu cùng một
cuộc gọi. Các bản tin trao đổi giữa NAS và gán RAB đƣợc thực hiện trên IuCS bao
gồm cả chức năng nhận thực và bảo mật (hình 3.18).

Hình 3.17: Lưu đồ cuộc gọi BICC (1/5)

Hình 3.18: Lưu đồ cuộc gọi BICC (2/5)
Nhƣ chỉ ra trên hình 3.19, sau khi thiết lập RAB thành công, bản tin IAM BICC
đƣợc gửi trên giao diện E tới gateway MSC. IAM của BICC chứa mã cuộc gọi hiện
thời CIC=1 (Call Instance Code) để sử dụng cho các bản tin BICC khác trong cùng
PTIT
105



một cuộc gọi. Thêm vào đó, số thuê bao bị gọi có thể tự động bổ sung hoặc bớt số 0
đối với các cuộc gọi quốc tế.

Hình 3.19: Lưu đồ cuộc gọi BICC (3/5)
Số chỉ định vùng là địa chỉ E.164 tạo ra các thông tin nhận dạng địa lý của chủ
gọi. Nhận dạng ngữ cảnh ứng dụng chỉ ra phần tử dịch vụ ứng dụng truyền tải liên
kết kênh mang trên thực thể BICC tại gateway MSC. Phần tử này sẽ đƣợc gán vào
các nguồn tài nguyên cần thiết để thiết lập kênh lƣu lƣợng trên giao diện E. Địa chỉ
IP của MSC đƣợc gửi đi trên bản tin IAM để các mạng truyền tải SS7 liên kết với
các mạng dựa trên nền IP hoặc ATM.

Hình 3.20: Lưu đồ cuộc gọi BICC (4/5)
Sau khi nhận đƣợc IAM, GMSC trả lời bằng một bản tin truyền tải ứng dụng
APM (Application Transport Mechanism) ngƣợc lại tới MSC. Bản tin này chƣa các
PTIT