Mạng không dây và đ động MobileWirelessNetwork c4 GSM overview 2

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GSM
Các giao diện của GSM

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

1


TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GSM
Các giao diện của GSM - Các tầng



Các số trong ngoặc chỉ ra các chỉ định tương ứng của ETSI-GSM
College Of Information & Communication Technology
Department of Computer System & Data Communication

2


TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GSM
Các giao diện của GSM – Các tầng


Layer 1: Physical layer






Truyền tín hiệu vật lý
Đo lường chất lượng kênh truyền
Dùng các link GSM Rec. 04.04, PCM 30 hoặc ISDN (GSM Rec.
08.54 trên giao diện Abis và 08.04 trên các giao diện từ A đến F)

Layer 2: Data link layer






Đa hợp các nối kết ở tầng 2 trên các kênh điều khiển/báo hiệu
Phát hiện lỗi (dựa trên HDLC)
Điều khiển luồng (Flow control)
Bảo đảm chất lượng truyền dữ liệu
Chọn đường

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

3


TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GSM
Các giao diện của GSM – Các tầng


Layer 3: Network layer






Quản lý nối kết (air interface)
Quản lý dữ liệu định vị
Nhận dạng thuê bao
Quản lý các dịch vụ bổ sung (SMS, call forwarding, conference
calls, …)

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

4


TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GSM
Các giao diện của GSM – GD không khí



Layer 1 (GSM Rec. 04.04): giao diện Um
Layer 2 (GSM Rec. 04.05/06): giao thức LAP-Dm (tương
tự ISDN LAP-D):






Truyền dạng không nối kết cho các kênh báo hiệu point-to-point
và point-to-multipoint
Thiết lập và xoá các nối kết tầng 2 cho các kênh báo hiệu point-topoint
Truyền dạng hướng nối kết với dạng có thứ tự, phát hiện lỗi và
sửa lỗi

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

5


TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GSM
Các giao diện của GSM – GD không khí


Layer 3 (GSM Rec. 04.07/08) với các tầng con cho việc
điều khiển các chức năng của kênh báo hiệu (BCH,
CCCH và DCCH):


Quản lý tài nguyên vô tuyến (RR: Radio Resource management):
thiết lập và xoá các nối kết giữa MS và MSC trong thời gian cuộc gọi; giữ
vững nối kết bất chấp sự di chuyển của người dùng

Chọn cell

Chuyển tiếp (handoff)


Cấp phát và thu hồi các kênh point-to-point

Giám sát và chuyển tiếp (forward) các nối kết vô tuyến

Mã hoá

Thay đổi chế độ truyền (transmission mode)

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

6


TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GSM
Các giao diện của GSM – GD không khí


Layer 3 (GSM Rec. 04.07/08)


Mobility Management (MM): quản lý các chức năng điều khiển di động






Connection Management (CM): thiết lập, bảo trì và thu hồi nối kết cho
cuộc gọi



Call control (CC): quản lý nối kết cuộc gọi
Supplementary service support (SS): quản lý các dịch vụ đặc biệt



Short message service support (SMS): truyền các tin nhắn ngắn







Chứng thực
VLR gán, quản trị, cập nhật TMSI thay cho IMSI của MS viếng thăm
Quản lý vị trí của thuê bao

Các thông điệp CM và MM được trao đổi giữa MSC hoặc MS dùng
giao thức DTAP (Direct Transfer Application Part) trên giao diện A
Các thông điệp RR được ánh xạ đến/từ BSSAP (Base Station System
Aplication Part) cho việc trao đổi với MSC
College Of Information & Communication Technology
Department of Computer System & Data Communication

7


TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GSM

Radio Interface


Radio link:




Frequency band:






Dùng các công nghệ FDMA và TDMA
Downlink signal : 935 ~ 960 MHz
Uplink signal : 890 ~ 915 MHz
200 KHz carrier frequency: 124 cặp kênh duplex

Khung được chia thành 8 khe thời gian (burst/time slot):
Tailing

Data

3

57 bits

Flag

1

Training Flag

26 bits

1

Data

57 bits

Tailing Guard

3

8.25 bits

Burst (148 bits or 0.546 msec)
Time Slot (156.25 bits or 0.577 msec)

GSM burst structure
College Of Information & Communication Technology
Department of Computer System & Data Communication

8


TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GSM

Abis Interface





Phân chia line giữa chức năng BSC và BTS
BSC và BTS có thể được nối kết dùng leased lines, radio
link, metropolitan area network (MAN), LAN, …
Tồn tại 2 dạng kênh giữa BSC và BTS:








Traffic Channel (TCH): được cấu hình theo dạng 8, 16 và 64 kbps,
dùng cho chuyển dữ liệu người dùng
Signaling/Control Channel (CCH): được cấu hình theo dạng 16,
32, 56 và 64 kbps, dùng cho mục đích báo hiệu giữa BTS và BSC

Mỗi transceiver (transmitter + receiver) thường yêu cầu
một kênh báo hiệu trên Abis interface
Dữ liệu được gởi theo dạng khung TRAU (Transcoder
Rate Adapter Unit)
College Of Information & Communication Technology
Department of Computer System & Data Communication

9


TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GSM
Abis Protocol


Layer 1 (GSM Rec. 08.54)





Layer 2 (GSM Rec. 08.56)





2.048 Mbps (ITU-T: E1) hoặc 1.544 Mbps (ANSI: T1) PCM link
Với kênh báo hiệu 64/32/16 kbps và kênh lưu thông 16 kbps
Dùng giao thức LAP-D cho thông điệp dữ liệu giữa BTS và BSC
Service Access Point Identifier (SAPI) cho nhận dạng link được
truyền trong giao thức LAPD (có từ ISDN)

Layer 3 (GSM Rec. 08.58/4.08)


BTS management (BTSM) qua 3 nối kết báo hiệu logic được nhận
dạng qua Service Access Point Identifier (SAPI):





SAPI 0 được dùng bởi tất cả thông điệp đến/đi qua g.diện vô tuyến
SAPI 62 cung cấp vận chuyển thông điệp O&M giữa BTS và BSC
SAPI 63 dùng cho quản lý động của TEI và chức năng quản lý tầng 2

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

10


TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GSM
A Interface





Định nghĩa giao diện giữa BSC và MSC
TCH được chuyển đổi từ 64 kbps thành 16 kbps trong
thiết bị transcoder
Hai trường hợp cho nơi chứa thiết bị transcoder:






Tại BSC hoặc BTS: traffic channel (TCH) giữ toàn bộ 64 kbps
timeslot trong liên kết 2 Mbps hoặc 1.544 Mbps PCM link (layer 1,
GSM Rec. 08.04)
Tại MSC: TCH là 16 kbps trên A interface

Ít nhất 2 timeslot trên PCM link cần thiết cho mục đích
điều khiển và báo hiệu

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

11


TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GSM
A Protocol






Giao thức báo hiệu (tầng 2 & 3) giữa BSC và MSC dựa trên
chuẩn SS7
Được truyền theo dữ liệu người dùng trong PCM link (dùng
timeslot 16 (TS16) của 64 kbps frame)
Các giao thức:




Layer 1 (GSM Rec. 08.04): 2.048 Mbps (ITU-T: E1) hoặc 1.544
Mbps (ANSI: T1) PCM link
Layer 2 (GSM Rec. 08.06) SS7-based protocols:





Gthức Message transfer part (MTP): truyền bảo mật giữa BSC & MSC
Giao thức Signaling connection control part (SCCP)
Nối kết SCCP có thể được khởi tạo bởi MS hoặc MSC
Một nối kết SCCP có thể gồm các giao thức sau:• From the MS:

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

12


TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GSM
A Protocol


Một nối kết SCCP có thể gồm các giao thức sau:

Từ MS:








Từ MSC:






MM: CM service request
RR: Paging response
MM: Location updating request
MM: CM re-establishment request
Khởi động của external handover (BSSMAP: handover request)

MSC quản lý các nối kết SCCP

Layer 3 (GSM Rec. 08.08):



Trên BSC: Giao thức Base station system application part (BSSAP)
Trên MSC:



GThức Base station management application part (BSSMAP)

GThức Direct transfer application part (DTAP): truyền các thông điệp CC và
MM thông qua BTS và BSC

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

13


TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GSM
Giao diện MSC và các giao thức



Mobile Application Part (MAP) (GSM Rec. 09.02)






Điều khiển các truy vấn cơ sở dữ liệu trên mạng vô tuyến di động
(HLR, VLR, EIR, …)
Quản lý truy cập và định vị, MSC-MSC handoff, chức năng bảo mật,
O&M, SMS, và các dịch vụ bổ sung

Transaction Capabilities Application Part (TCAP)


Cung cấp các cuộc gọi và các chức năng quản lý các yêu cầu đến

các quá trình ứng dụng phân tán
College Of Information & Communication Technology
Department of Computer System & Data Communication

14


TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GSM
Giao diện MSC và các giao thức


ISDN User Part (ISUP)




Intelligent Network Application Part (INAP)




Điều khiển interworking (ví dụ thiết lập/xoá cuộc gọi) giữa Public
Land Mobile Networks (PLMNs) và các mạng khác và cung cấp
cùng chức năng như TUP
Cài đặt các dịch vụ bổ sung thông minh (ví dụ cuộc gọi miễn phí,
chọn đường phụ thuộc vào thời gian)

Telephone User Part (TUP)



Cài đặt interworking giữa PLMNs và các mạng khác
Được dùng cung cấp các nối kết quốc tế và đã được thay thế bằng
ISUP

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

15


TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GSM
GSM Logical Channels

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

16


TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GSM
GSM Logical Channels


Traffic Channel (TCH)





TCH/F (Full-rate TCH): 13 Kbps (tiếng nói); 9.6/4.8/2.4 Kbps (dữ
liệu)
TCH/H (Half-rate TCH): 6.5 Kbps (tiếng nói); 4.8/2.4 Kbps (dữ liệu)
Multiframe: nhóm của 26 khung TDMA (chiều dài 120 ms)






24 được dùng cho lưu thông (tiếng nói hoặc dữ liệu người dùng)
1 được dùng cho slow associated control channel (SACCH)
1 hiện chưa dùng

TCHs cho uplink và downlink được chia theo thời gian bởi 3 burst
(time slot) periods




MS không phải truyền và nhận đồng thời
Đơn giản mạch điện tử; tránh các bộ lọc antena duplex
Giảm đi sự phức tạp giúp giảm tiêu thụ công suất

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

17

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GSM
GSM Logical Channels


Broadcast Channels (BCH)



Chỉ mang thông tin downlink: dùng đồng bộ hoá và sửa đổi tần số
Chỉ cho kênh có khả năng giao tiếp point-to-multipoint, trong đó các
thông điệp ngắn được truyền đồng thời đến nhiều MS


Broadcast control channel (BCCH)

Thông tin chung, cell xác định. Ví dụ local area code (LAC), thao
tác mạng, các thông số truy cập, danh sách các cell láng giềng,…

MS nhận tín hiệu qua BCCH từ nhiều BTS bên trong sùng mạng
và/hoặc các mạng khác nhau

Báo cho các MS mức công suất ban đầu của chúng

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

18


TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GSM

GSM Logical Channels


Broadcast Channels (BCH)




Frequency correction channel (FCCH)

Sửa đổi tần số của MS

Truyền tần số chuẩn cho MS

Cũng được dùng cho đồng bộ hoá của một việc thu nhận bằng
cách cung cấp ranh giới giữa các timeslot và vị trí của timeslot đầu
tiên của một TDMA frame
Synchronization channel (SCH)

Đồng bộ hoá frame (TDMA frame number) và nhận dạng cùa BS

Tiếp nhận một SCH burst cung cấp cho MS tất cả thông tin cần
thiết để đồng bộ hoá một BTS đã cho

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

19

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GSM
GSM Logical Channels


Common control channels (CCCH)



Các kênh uplink và downlink giữa MS card và BTS
Chuyển thông tin từ mạng đến các MS và cung cấp truy cập mạng


Paging channel (PCH)




Access grant channel (AGCH)




Chỉ cho downlink; BTS cấp phát một TCH/SDCCH cho MS, cho phép MS
truy cập vào mạng

Random access channel (RACH)







Chỉ cho downlink; MS được thông báo (bởi BTS) về các call đến bằng PCH

Chỉ cho uplink
Cho phép MS yêu cầu một Stand-alone dedicated control channel
(SDCCH) để trả lời một trang hoặc một cuộc gọi
MS chọn một thời gian ngẫu nhiên để gởi trên kênh này

PCH và AGCH được truyền trên 1 kênh được gọi là paging and
access grant channel (PAGCH), chúng được chia theo thời gian
College Of Information & Communication Technology
Department of Computer System & Data Communication

20


TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GSM
GSM Logical Channels


Dedicated control channels (DCCH)



Dùng cho roaming, handoff, encryption, …
Stand-alone dedicated control channel (SDCCH)







Kênh giao tiếp giữa MS và BTS
Báo hiệu trong khi thiết lập cuộc gọi, trước khi cấp kênh TCH
Cần ~480ms để truyền một thông điệp qua SDDCH

Fast associated control channel (FACCH)





Tương tự SDCCH, nhưng dùng song song với thao tác của TCH
Nếu tốc độ dữ liệu của FACCH không đủ, “borrowing mode” được
dùng (ví dụ, băng thông bổ sung được mượn từ TCH); xuất hiện cho
những thông điệp kết hợp với chứng thực thiết lập cuộc gọi cho thuê
bao, quyết định handoff, …
Cần ~40ms để truyền thông điệp qua FACCH
College Of Information & Communication Technology
Department of Computer System & Data Communication

21


TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GSM
GSM Logical Channels


Dedicated control channels (DCCH)


Slow associated control channel (SACCH)







Luôn được cấp cho một TCH hoặc SDCCH
Được dùng cho thủ tục “non-urgent”: dữ liệu quản lý vô tuyến (field
strength, dùng quyết định handoff), power control (downlink only),
timing advance, …
Kênh 260bps, đủ cho báo cáo về cell hiện tại cho đến 6 láng giềng 2
lần/s (nếu không có lưu thông khác trên kênh này)
Chú ý rằng MS được báo về các tần số dùng giám sát (các BTS có
một mã màu được gán cho chúng để cho MS có thể báo cáo về
nhiều BTS dùng cùng tần số)

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

22


TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GSM
Data Services


GSM phase 2 hỗ trợ 2 nhóm dịch vụ dữ liệu:





Short message services:






Dịch vụ tin nhắn ngắn (Short message services)
Dịch vụ chuyển tin (Bearer services)
Là một phần của gói đăng ký cơ bản
Kích thước tối đa 160 byte
Cho phép kết nối các message

Bearer services:





Tương tự các dịch vụ của ISDN
Tốc độ dữ liệu: 9.6 Kbps
Nối kết dạng mạch hoán chuyển (Circuit-switched)
Kênh truyền được giành riêng: thời gian thiết lập kênh rất dài

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

23


TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GSM
Data Services


GSM phase 2+ standard:




Dữ liệu chuyển mạch tốc độ cao (HSCSD: High speed CircuitSwitched Data): tốc độ gấp 4 lần GSM
Dịch vụ vô tuyến gói tổng quát (GPRS: General Packet Radio
Service)

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

24


TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GSM
HSCSD

HSCSD Architecture







TE (Terminal Equipment)
IWF (Interworking Function)
TAF (Terminal Adaption Function)
PSDN (Public Switched Data Network)
PSTN (Public Switched Telephone Network)
College Of Information & Communication Technology
Department of Computer System & Data Communication

25