Mạng không dây và di động MobileWirelessNetwork c3

MẠNG KHÔNG DÂY & DI ĐỘNG
(Mobile & Wireless Network)
CHƢƠNG 3

BÁO HIỆU MẠNG VÀ DỮ LIỆU GÓI DẠNG SỐ
CHO MẠNG DI ĐỘNG
(NETWORK SIGNALING & CELLULAR DIGITAL PACKET DATA)

College Of Information & Communication Technology
Department of Computer System & Data Communication
Nguyễn Hoàng Việt

1


NỘI DUNG







Báo hiệu mạng
Báo hiệu trong mạng IS-41
Chuyển tiếp liên hệ thống và chứng thực trong
IS-41
Báo hiệu mạng PACS
Dữ liệu gói dạng số cho mạng di động

College Of Information & Communication Technology

Department of Computer System & Data Communication

2


BÁO HIỆU MẠNG
(Network Signaling)


Nối kết giữa PCS Network (PCN) và PSTN nhằm:












Mobility management: theo dõi vị trí của ngƣời dùng di động
Call control: thiết lập đƣờng đi cho cuộc gọi (call path) giữa một
ngƣời dùng di động và các thành phần khác
Interconnection interfaces: các giao diện kết nối giữa chúng
Message routing: chọn đƣờng trao đổi thông tin

Mobile Identification Number (MIN): phƣơng tiện chính để
nhận dạng một MS (Mobile Station)

Universal Personal Telecommunication (UPT) number:
một số gắn liền với một thuê bao di động (mobile subscriber)
Cần phân biệt giữa thiết bị (MS) và ngƣời dùng (thuê bao)
College Of Information & Communication Technology
Department of Computer System & Data Communication

3


BÁO HIỆU TRONG MẠNG ISIS-41
Signaling System No. 7



Giao thức báo hiệu PSTN
Kết nối giữa PCN (PCS Network) and the PSTN
D-Link

A-Link

SCP




SSP: Service Switching Point
STP: Signal Transfer Point
SCP: Service Control Point

STP

STP

A-Link

HLR

(SCP)
A-Link

SSP

A-Link

Trunk

PSTN

College Of Information & Communication Technology
Department of Computer System & Data Communication

MSC
PCN (PCS Network)

4


BÁO HIỆU TRONG MẠNG ISIS-41
Signaling System No. 7


SSP (Service Switching Point)












Thực hiện xử lý cuộc gọi
MSC trong UMTS là một SSP

SCP (Service Control Point)


Signaling
Links

Lƣu trữ Cơ sở dữ liệu
SCP nhận yêu cầu từ SSP và
trả lại thông tin đƣợc yêu cầu
cho SSP
HLR và VLR là cài đặt của
SCP trong mạng UMTS

STP
SCP



Truyền các thông điệp SS7
messages giữa SSP và SCP
Báo hiệu giữa mạng PCS và
PSTN

HLR
(SCP)

SSP

Trunk

PSTN

STP (Signaling Transfer Point)


STP

MSC
PCN (PCS Network)

Interconnection between Mobile
communications network and PSTN

College Of Information & Communication Technology
Department of Computer System & Data Communication

5


BÁO HIỆU TRONG MẠNG ISIS-41
Signaling System No. 7
Có 6 dạng link báo hiệu:


A link (access link):






B link (bridge link):




Nối kết một điểm cuối báo hiệu (nhƣ
SCP/SSP) đến một STP.
Các thông điệp xuất phát hoặc đến từ các
điểm cuối báo hiệu dùng A link

Nối kết các STP chính (Peer/Primary STP),
là các STP từ mạng này đến mạng khác.

C link (cross link):





Nối kết các STP thực hiện các chức năng đặc thù theo dạng cặp đôi.
C link chỉ đƣợc dùng khi một STP không có một đƣờng đi sẵn dùng đến một điểm báo
hiệu đích.
Các SCP cũng có thể đƣợc triển khai thành cặp để cải thiện độ tin cậy, tuy nhiên các
cặp SCP không đƣợc nối kết bằng các link báo hiệu
College Of Information & Communication Technology
Department of Computer System & Data Communication

6


BÁO HIỆU TRONG MẠNG ISIS-41
Signaling System No. 7


D link (diagonal link):






E link (extended link):








Nối kết một cặp STP phụ (local/regional)
đến một cặp STP chính (inter-network
gateway) trong cấu hình quad-link
Các STP phụ trong cùng mạng đƣợc nối kết
qua D links
Nối kết một SSP với một STP thay thế
Cung cấp một đƣờng đi thay thế nếu một
SSP không thể đến đƣợc STP chính (home)
của nó thông qua một A link
Không thƣờng đƣợc dùng, trừ khi muốn tăng cƣờng độ tin cậy

F link (fully associated link):




Nối kết 2 điểm cuối báo hiệu (SSPs và SCPs)
Không thường được dùng trong các mạng với các STP
Trong mạng không có STP, các F link nối kết trực tiếp các điểm báo hiệu
College Of Information & Communication Technology
Department of Computer System & Data Communication

7

BÁO HIỆU TRONG MẠNG ISIS-41
Signaling System No. 7


MTP (Message Transfer
Truyền thông tin báo hiệu








MTP Level 1 định nghĩa các đặc điểm về
chức năng và điện của các nối kết báo hiệu
dạng số
MTP level 2 bảo đảm việc truyền tín hiệu
qua link báo hiệu (điều khiển luồng, kiểm
soát thứ tự, kiểm soát lỗi)
MTP Level 3 làm nhiệm vụ vach đƣờng và
quản trị mạng

TCAP (Transaction
Application Part)




Part):

Capabilities

Cung cấp khả năng trao đổi dữ liệu dạng
không nối mạch giữa các ứng dụng qua
mạng SS7 với dịch vụ SCCP không nối kết
Thông điệp TCAP truyền các Yêu cầu và trả
lời giữa SSP và SCP

OSI Layers

The SS7 Layers

OMAP MAP
Application

TCAP
ISDN-UP

Presentation
Session
Transport

SCCP
Network

MTP Level 3
Data Link

MTP Level 2

Physical

MTP Level 1

OSI Reference Model and the SS7 Protocol Stack

College Of Information & Communication Technology
Department of Computer System & Data Communication

8


BÁO HIỆU TRONG MẠNG ISIS-41
Signaling System No. 7


SCCP (Signaling
Control Part)








Connection

Cung cấp các dịch vụ mạng theo
hƣớng nối kết và không nối kết
Dịch địa chỉ Global Title Translation
(GTT) tại MTP Level 3
Global Title là một địa chỉ (nhƣ mobile
subscriber
identification
number,
calling card number,…) đƣợc dịch sang
destination point code và subsystem
number

ISUP (Integrated Services Digital
Network User Part)




Thực hiện các nối kết mạng chuyển
mạch
Định nghĩa các giao thức dùng thiết
đặt, quản trị, xoá bỏ các trunk circuit

OSI Layers

The SS7 Layers

OMAP MAP
Application

TCAP
ISDN-UP

Presentation
Session
Transport

SCCP
Network

MTP Level 3
Data Link

MTP Level 2

Physical

MTP Level 1

OSI Reference Model and the SS7 Protocol Stack

College Of Information & Communication Technology
Department of Computer System & Data Communication

9


BÁO HIỆU TRONG MẠNG ISIS-41
Signaling System No. 7



TUP (Telephone User Part)




OMAP (Operations,
Maintenance, and
Administration Part)




Vài nƣớc (China, Brazil), phần này
được dùng để hỗ trợ thiết đặt cuộc
gọi cơ bản

Các ứng dụng của TCAP

OSI Layers

OMAP MAP
Application



Ứng dụng di động của TCAP
Cả hai IS-41 và GSM MAP đƣợc cài
đặt tại tầng này

TCAP
ISDN-UP

Presentation
Session
Transport

MAP (Mobile Application Part)


The SS7 Layers

SCCP
Network

MTP Level 3
Data Link

MTP Level 2

Physical

MTP Level 1

OSI Reference Model and the SS7 Protocol Stack

College Of Information & Communication Technology
Department of Computer System & Data Communication

10


BÁO HIỆU TRONG MẠNG ISIS-41
Nối kết giữa PCN và PSTN





Tandem: là một
backbone swicth
của PSTN
End Office: là
một local central
office, là điểm cuối
nối kết trực tiếp
với khách hàng

Types of interconnection between a PCN and the PSTN
College Of Information & Communication Technology
Department of Computer System & Data Communication

11


BÁO HIỆU TRONG MẠNG ISIS-41
Nối kết giữa PCN và PSTN


Signaling Interface biểu thị cho nối kết liên kết báo hiệu
vật lý giữa PCN và PSTN






A-Link signaling interface bao gồm các A-Link từ một MSC đến một
cặp PSTN STP (hình a và c)
D-Link signaling interface bao gồm các D-Link từ một cặp PCN STP
đến một cặp PSTN STP (hình b và d)

Trunk Interface biểu thị cho nối kết giữa PCN và PSTN,
đƣợc hỗ trợ bởi tầng vật lý SS7






Dạng 2A (Type 2A) với SS7 trunk interface cung cấp nối kết giữa
PCN và một PSTN tandem switch (hình a và b)
Dạng 2B (Type 2B) với SS7 trunk interface cung cấp nối kết giữa
PCN và một PSTN end office switch (hình c và d)
Cả hai dạng 2A và 2B đều đƣợc hỗ trợ bởi multi-frequency (MF)
signaling protocols
College Of Information & Communication Technology
Department of Computer System & Data Communication

12


BÁO HIỆU TRONG MẠNG ISIS-41
Vạch đƣờng tin nhắn (Message Routing)
 Vạch đƣờng tin nhắn SS7 đƣợc thực hiện tại MTP và SCCP của
một nút (SSP, STP hoặc SCP)
 Tại mức MTP, tin nhắn báo hiệu đƣợc phát ra với địa chỉ thực của
nút đích
 Mức MTP nhận các tin nhắn từ một nút gần kề hoặc từ TCAP,
SCCP, ISUP layer của cùng nút đó
 DPC (destination point code) của tin nhắn dùng nhận dạng nút đích
 Vạch đƣờng đến nút đích đƣợc xác định bởi MTP dựa vào các
bảng tìm kiếm
 Mỗi MS đƣợc gán một Mobile Identification Number (MIN)
 Khi MIN đƣợc gọi, nếu nút gốc chƣa đủ thông tin để nhận dạng địa
chỉ thực của nút đích → địa chỉ này đƣợc dịch bởi kỹ thuật Global
Title Translation (GTT) thực hiện tại mức SCCP của giao thức
College Of Information & Communication Technology
Department of Computer System & Data Communication

13


BÁO HIỆU TRONG MẠNG ISIS-41
Quản lý di động dùng TCAP


TCAP operation:




Định nghĩa hơn 50 TCAP operation
Ba mục đích:






Inter-MSC handoff
Automatic roaming
Các thao tác, quản trị và bảo trì

TCAP message bao gồm 2 phần:


Transaction: định nghĩa 4 dạng của package





QueryWithPermission, Response
ConversationWithPermission, Unidirectional

Component: định nghĩa số và dạng của component (opreation)



INVOKE, RETURN RESULT
RETURN ERROR, REJECT

College Of Information & Communication Technology
Department of Computer System & Data Communication

14


BÁO HIỆU TRONG MẠNG ISIS-41
Quản lý di động dùng TCAP

College Of Information & Communication Technology
Department of Computer System & Data Communication

15


BÁO HIỆU TRONG MẠNG ISIS-41
Quản lý di động dùng TCAP
PCN1

PSTN
STP1

MSC1

STP2

VLR1

PCN2
STP3

STP4

HLR

VLR2

MSC2

RegistrationNotification (INVOKE)
RegistrationNotification (INVOKE)
T2
T3

RegistrationNotification (RETURN RESULT)

RegistrationCancellation (INVOKE)

T1

RegistrationNotification (RETURN RESULT)

RegistrationCancellation (RETURN RESULT)
RegistrationCancellation (INVOKE)

T4

RegistrationCancellation (RETURN RESULT)
T5

QualificationRequest (INVOKE)
QualificationRequest (RETURN RESULT)
ServiceProfileRequest (INVOKE)

T6

ServiceProfileRequest (RETURN RESULT)

College Of Information & Communication Technology
Department of Computer System & Data Communication

16


BÁO HIỆU TRONG MẠNG ISIS-41
Quản lý di động dùng TCAP


Luồng thông điệp IS-41 TCAP cho MS registration


Transaction 1




Transaction 2





Khi MS trong vùng phục vụ của MSC2, MSC2 gởi một
RegistrationNotification(INVOKE) đến VLR (VLR2) của nó
Nếu MSC1 đƣợc phục vụ bởi VLR2, thì VLR2 gởi một
RegistrationNotification(INVOKE) đến HLR của MS

Transaction 3


HLR gởi một RegistrationCancellation(INVOKE) đến VLR (VLR1)
đƣợc viếng thăm trƣớc đó của MS

College Of Information & Communication Technology
Department of Computer System & Data Communication

17


BÁO HIỆU TRONG MẠNG ISIS-41
Quản lý di động dùng TCAP


Luồng thông điệp IS-41 TCAP cho MS registration


Transaction 4




Transaction 5






Cancellation đƣợc truyền tới MSC1
Sau khi T2 hoàn thành, VLR2 tạo ra một mẩu tin registration cho
MS
Gởi một QualificationRequest(INVOKE) đến HLR để kiểm tra chất
lƣợng dịch vụ nhận của MS

Transaction 6


VLR2 sends a ServiceProfileRequest(INVOKE) đến HLR để nhận
đƣợc profile dịch vụ cho MS chuyển vùng

College Of Information & Communication Technology
Department of Computer System & Data Communication

18


BÁO HIỆU TRONG MẠNG ISIS-41
PCN/PSTN Call Control dùng ISUP

PCN

4

STP
2

1
End
Office

6

Step 1

IAM

Step 2

COT
ACM
ANM

STP

3
Tandem

5
7

MSC

IAM
COT
ACM

Step 3

ANM

Step 4

1

Conversation using trunks (6) and (7)
Step 5

REL
RLC

2

3

4

Signaling path from
PCN to PSTN

REL
RLC

Signaling path from
PSTN to PCN

Step 6

College Of Information & Communication Technology
Department of Computer System & Data Communication

5

4

2

3

19

5

1


BÁO HIỆU TRONG MẠNG ISIS-41
PCN/PSTN Call Control dùng ISUP


Dòng tin nhắn tiêu biểu cho dạng 2A với SS7 land-to-mobile
call setup và release bao gồm một tandem switch







Khi MIN đƣợc gọi, end office (EO) thông báo rằng số này dùng
cho wireless service
Giả sử rằng EO có khả năng gởi yêu cầu đến HLR
EO gởi một tin nhắn query để nhận đƣợc TLDN (Temporary
Local Directory Number) của MS
Các tin nhắn đƣợc trao đổi trong số các switch, VLR và HLR là
các tin nhắn TCAP

College Of Information & Communication Technology
Department of Computer System & Data Communication

20


BÁO HIỆU TRONG MẠNG ISIS-41
PCN/PSTN Call Control dùng ISUP


Step 1







Sau khi TLDN của MS đƣợc nhận, EO gởi một Initial Address
Message (IAM) đến PCN MSC để khởi tạo báo hiệu cho thiết lập
trunk
Khi IAM đƣợc gởi, IAM timer đƣợc đặt tại EO
EO chờ nhận trả lời từ MSC trong thời gian timeout

Step 2






Nếu IAM gởi từ EO đến tandem chỉ định việc kiểm tra tính liên tục
(continuity check), trunk đƣợc chọn từ tandem đến EO sẽ đƣợc kiểm
tra để bảo đảm thoả mãn yêu cầu nối kết
Sau khi kiểm tra tính liên tục hoàn thành thành công, Continuity
Message (COT) đƣợc gởi từ EO đến tandem, và trunk đƣợc thiết lập
Procedure tƣơng tự đƣợc thực hiện khi MSC nhận IAM từ tandem
College Of Information & Communication Technology
Department of Computer System & Data Communication

21

BÁO HIỆU TRONG MẠNG ISIS-41
PCN/PSTN Call Control dùng ISUP


Step 3



Khi IAM đến tại MSC, MSC gởi trang cho MS
Một trong ba sự kiện sau xuất hiện:


MS đƣợc nối kết với call khác





MS rỗi







Tình huống này đƣợc xem là đụng độ call
Call đƣợc xử lý với call forwarding hoặc call waiting, hoặc MSC trả về tin
nhắn REL (Release Message) tới EO với nguyên nhân đƣờng dây bận
MSC gởi Address Complete Message (ACM) đến EO

Message thông báo cho EO về thông tin của MS, chỉ định tính phí, và endto-end protocol yêu cầu
Khi EO nhận ACM, IAM timer dừng

MS không trả lời trang


MSC trả lại tin nhắn REL cho EO

College Of Information & Communication Technology
Department of Computer System & Data Communication

22


BÁO HIỆU TRONG MẠNG ISIS-41
PCN/PSTN Call Control dùng ISUP


Step 4






Step 5






Khi MS trả lời call, một Answer Message (ANM) đƣợc gởi từ MSC
đến EO
Call đƣợc thiết lập thông qua trunk path (6)(7)
EO gởi một Release Message (REL) để chỉ rằng trunk đƣợc chỉ định
bị xoá khỏi nối kết
Trunk không đƣợc đặt vào trạng thái rỗi đến khi tin nhắn Release
Complete Message (RLC) đƣợc nhận

Step 6



Khi MSC nhận REL từ EO, trả lời với một RLC
Sau khi RLC đƣợc gởi, EO và tandem chờ đợi 0.5s đến 1s trƣớc khi
nó thu hồi trunk đã bị xoá để dùng cho cuộc gọi kế tiếp
College Of Information & Communication Technology
Department of Computer System & Data Communication

23


CHUYỂN TIẾP LIÊN HỆ THỐNG ISIS-41
(Intersystem Handoff in ISIS-41)




Handoff giữa 2 kênh vô tuyến được điều khiển bởi 2

MSC khác nhau
Các vấn đề liên quan:








Phối hợp nhận dạng cell giữa 2 MSC láng giềng
Phối hợp nhận dạng điều kiện nối kết MSC giữa 2 MSC láng giềng
Hỗ trợ các tính năng của MS sau khi handoff
Giới hạn chiều dài của chuỗi handoff

Các chức năng của intersystem handoff:






Handoff measurement
Handoff forward
Handoff back
Path minimization
College Of Information & Communication Technology
Department of Computer System & Data Communication

24

CHUYỂN TIẾP LIÊN HỆ THỐNG ISIS-41
(Intersystem Handoff in ISIS-41)


Handoff measurement:








Nhận dạng yêu cầu
Nhận dạng ứng cử viên
Đánh giá ứng cử viên
Chọn MSC mới

Handoff forward:




Di chuyển MS từ MSC
hiện tại sang MSC mới
Bảo trì một call path
bằng cách tạo một
mạch (trunk) giữa MSC

hiện tại và MSC mới
College Of Information & Communication Technology
Department of Computer System & Data Communication

25