toi uu mang vo tuyen
TRANSCRIPT
28
TỐI ƯU MẠNG VÔ TUYẾN
(RNO: Radio Network Optimazation)
Tối ưu mạng vô tuyến: là tất cả các hoạt động tác động đến mạng vô tuyến
(phân hệ BSS) một cách trực tiếp hoặc gián tiếp để đạt được trạng thái hoạt
động của mạng vô tuyến một cách tốt nhất có thể.
- Tối ưu mạng vô tuyến không chỉ là phân tích các dữ liệu của mạng vô
tuyến (bao gồm các BTS, các BSC...) để đưa ra các yêu cầu tác động vào hệ
thống mà còn liên quan đến các công việc Khảo sát, Thiết kế, Lắp đặt, Vận
hành hệ thống .v.v..Do đặc thù của môi trường truyền dẫn là vô tuyến và do
yều cầu phát triển mạng lưới luôn luôn biến động từng ngày nên Tối ưu
mạng vô tuyến là hoạt động thường xuyên, liên tục, kéo dài cùng với sự tồn
tại và phát triển của hệ thống.
*)Chú ý: Định nghĩa trên là định nghĩa không chính thức (local definition),
nó chỉ có ý nghĩa tham khảo và giá trị trong phạm vi hẹp là Mạng vô tuyến
của Hệ thống thông tin di động GSM.
29
1. Tối ưu mạng vô tuyến:
1.1. Các thông số của BTS:
Vị trí địa lý của trạm: (Long/Lat)
- Longitude: Kinh độ của trạm (VD: Long = 105o20’17”).
- Latitude: Vĩ độ của trạm (VD: Lat = 21o10’26”).
Độ cao của trạm: (Height)
VD: Height = 35m.
(Một cách chính xác phải xác định độ cao Antenna của Cell)
Góc phương vị của Cell: (Azimuth)
VD: Azimuth = 50o (Góc so với hướng Bắc, theo chiều thuận
chiều kim đồng hồ).
Góc ngẩng của Antenna của Cell: (Tilt)
- Góc ngẩng điện tử: (Electric Tilt) VD: -6o
- Góc ngẩng cơ khí: (Mechanical Tilt) VD: 2o
- Góc ngẩng tổng: (Total Tilt = Electric Tilt + Mechanical Tilt)
VD: Total Tilt = -6o + 2
o = -4
o (Góc so với mặt phẳng nằm
ngang).
Cấu hình của trạm: (BTS Configuration)
- Ý muốn nói trạm có mấy Sector, mỗi Sector sử dụng mấy tấn số.
- VD: 2/2/4 = BTS có 3 Sector; Sector 1, 2 sử dụng 2 tần số,
Sector 3 sử dụng 4 tần số.
Tần số sử dụng của Cell: (Cell Carriers)
- VD Cell sử dụng 1 tần số là 50 thì BCH Carrier = TCH Carrier
= 50.
- VD Cell có cấu hình 2 tần số là 45 và 80 thì BCH Carrier = 45
còn TCH Carrier = 80.
- Ngoài ra còn cần quan tâm xem cấu hình tần số của Cell là
COM (Combination) hay NCOM (Non-Combination). Thường
với cấu hình 1 TRX (sử dụng 1 tần số) thì là COM còn từ 2
TRX trở lên thì có cấu hình là NCOM.
Công suất phát của Antenna: (Antenna Power)
VD: Antenna Power = 45 (dBm).
30
Các mối quan hệ neighbour của Cell (Cell neighbour Relationships)
Là các mối quan hệ chuyển giao của Cell. VD: có mối quan hệ
neighbour giữa HNI0303 và HNI0433, có nghĩa là cuộc gọi của thuê
bao có thể được chuyển giao từ Cell HNI0303 sang HNI0433 và
ngược lại.
Ngoài ra còn có các thông số phần mềm khác như: BA List (BCH
Allocation List: Danh sách cấp phát BCH), CA List (Carrier
Allocation List: Danh sách cấp phát sóng mang), BSIC (Base Station
Identity Code: Mã nhận dạng trạm gốc), MCC (Mobile Country Code:
Mã quốc gia, VD: Việt Nam có mã quốc gia là 452), MNC (Mobile
Network Code: Mã mạng di động, VD: Viettel Mobile có mã mạng là
04), LAC (Location Area Code: Mã vùng định vị, VD: Hà Nội có mã
vùng định vị là 11111), CI (Cell Identity code: Mã nhận dạng Cell,
VD: 10281 có nghĩa là Cell 1 của trạm số 28 ở Hà Nội, và vì dải CI
của Hà Nội là từ 10000 đến 14999)..v.v...
1.2. Các dữ liệu thống kê của Cell:
Hình sau đây mô tả cấu trúc của Phân hệ Đo đạc lưu lượng và thống kê
STS (Statistics and Traffic measurement Subsystem) của hệ thống:
31
/------------------------------------------------\
| |
| COUNTERS IN THE TRAFFIC APPLICATION IN THE BSC |
| |
\------------------------------------------------/
|
/---------------------------+---------------------------\
| STS | |
| /-----------------------------------------\ |
| | | |
| | MEASUREMENT DATABASE (DB) | |
| | | |
| \-----------------------------------------/ |
| | |
| /-----------------------------------------\ |
| | | |
| | REPORT PROGRAMS | |
| | | |
| \-----------------------------------------/ |
| | | | |
| /-----\ /-----\ /-----\ |
| | | | | | | REPORTS |
| | | | | | | |
| \-----/ \-----/ \-----/ |
| |
\-------------------------------------------------------/
Hình 1: Cấu trúc của Phân hệ Đo đạc lưu lượng và thống kê STS.
Phân hệ Đo đạc lưu lượng và thống kê STS được cấu trúc trên nền Cơ sở
dữ liệu đo đạc DB (measurement Data Base). Cơ sở dữ liệu đo đạc được
chia thành các Loại đối tượng (Object Type, có thể so sánh với tệp hay file).
Một loại đối tượng tương ứng với một loại thiết bị cụ thể hoặc các loại đơn
vị chức năng trong chuyển mạch mà các đo đạc dữ liệu thống kê nhắm vào.
Mỗi một Loại đối tượng lại chứa một số các Đối tượng (Object, có thể so
sánh với các bản ghi trong một file) và Tất cả các Đối tượng trong một Loại
đối tượng có một tập các Bộ đếm (Counter, có thể so sánh với các trường
trong một bản ghi). Loại đối tượng (Object Type), Đối tượng (Object) và Bộ
đếm (Counter) hình thành nên cấu trúc của Cơ sở dữ liệu.
32
Các Bộ đếm (Counters) được sử dụng để đo đạc sự hoạt động của các
đơn vị chức năng của BSC. Chúng được thu thập từ Ứng dụng lưu lượng từ
các khối của BSC đến Cơ sở dữ liễu.
Nhìn chung có 3 loại Bộ đếm là:
ID – Object Identifier: Số hiệu nhận dạng đối tượng, được sử dụng bởi
một số Loại đối tượng.
PC – Peg Counter: Bộ đếm cơ bản, biểu diễn giá trị tích luỹ của sự
kiện hoặc giá trị tích luỹ của một Bộ đếm. Một Bộ đếm cơ bản chỉ có
thể được tăng.
ST – Status Counter: Bộ đếm trạng thái, chỉ ra giá trị của Bộ đếm ở
một thời điểm cụ thể. Một Bộ đếm trạng thái có thể được tăng và được
giảm.
Từ các Counter ta có được các dữ liệu thống kê cơ bản của hệ thống, ví
dụ như các dữ liệu thống kê về Cell. Ngoài ra từ các Counter ta có thể xây
dựng được các Công thức (Formular) đánh giá chất lượng mạng, đưa ra các
chỉ tiêu chất lượng mạng KPI (Key Performance Indicator), ví dụ các KPI
của Viettel Mobile như sau:
33
STT Các chỉ tiêu KPI chính Trước khai
trương dịch
vụ
Sau khai
trương dịch
vụ
1 Tỷ lệ thiết lập cuộc gọi thành công (CSSR) 98% 99%
2 Tỷ lệ rớt cuộc gọi (CDR) 1.6% 1%
3 Tỷ lệ cuộc gọi thành công (CSR) 96.4% 97%
4 Tỷ lệ chuyển giao thành công (HOSR) 98% 99%
5 Tỷ lệ mức thu đạt
yêu cầu Rxlev
Khu đô thị mật
độ cao
-75dBm
-77dBm
90%
94%
95%
98%
Khu đô thị mật
độ trung bình -82dBm 95% 98%
Ngoại ô -88dBm 95% 98%
Nông thôn -98dBm 95% 98%
6 Tỷ lệ chất lượng thu đạt yêu cầu RxQual (0-4) 95% 95%
Bảng 1: Các chỉ tiêu KPI chính.
Các công thức tính toán các KPI của hệ thống (chỉ áp dụng cho hệ thống
của Viettel Mobile):
Tỷ lệ thiết lập cuộc gọi thành công CSSR (Call Setup Success Rate):
CSSR=(1-SDCCH Drop/100).(TCH Assignment Success Rate).(1-
SDCCH Congestion/100)
Tỷ lệ rớt cuộc gọi CDR (Call Drop Rate):
CDR=Subcriber Perceived TCH Drop
Tỷ lệ cuộc gọi thành công CSR (Call Success Rate):
CSR=CSSR.(1-CDR)
Tỷ lệ chuyển giao thành công HOSR (HandOver Success Rate):
HOSR=Outgoing HO Success Rate
34
Các chương trình tổng hợp thu thập thông tin từ Cơ sở dữ liệu khi một
báo cáo sẽ được tạo ra. Các báo cáo được tạo lập theo các khoảng thời gian
cụ thể.
1.3. Các công cụ hỗ trợ RNO: (Tools)
Bussiness Object: là phần mềm giao diện đồ hoạ trợ giúp truy vấn cơ
sở dữ liệu thống kê của các Cell. Thực chất là phần mềm trợ giúp thực
hiện các câu lệnh SQL (Structured Query Language: Ngôn ngữ truy
vấn có cấu trúc) truy vấn cơ sở dữ liệu bằng cách nhấp chuột. Nó giúp
lấy dữ liệu thống kê về tình trạng hoạt động của các Cell ở một
khoảng thời gian nhất định.
Hình 2: Giao diện thực hiện câu lệnh SQL truy vấn cơ sở dữ liệu.
35
Hình 3: Câu lệnh SQL tương ứng.
36
Hình 4: Kết quả thực hiện câu lệnh SQL.
37
Enterprise: là phần mềm hỗ trợ thiết kế mạng vô tuyến của mạng
thông tin di động. Nó cung cấp một giao diện đồ hoạ và bản đồ cùng
với các tính năng tính toán xử lý giúp thiết kế và phân tích mạng vô
tuyến (phân hệ BSS) của một mạng thông tin di động.
Hình 5: Giao diện bản đồ của Enterprise.
38
MapInfo: là phần mềm bản đồ trợ giúp quan sát và phân tích hệ thống
các Cell, các trạm của mạng thông tin di động. Cung cấp một cơ sở dữ
liệu về địa hình, địa vật của khu vực địa lý phân tích. Nó có chức năng
gần giống như Enterprise nhưng có lẽ không mạnh bằng vì không hỗ
trợ nhiều cho hoạt động thiết kế và không có các tính năng xử lý, phân
tích hệ thống mạng vô tuyến của mạng thông tin di động.
Hình 6: Giao diện của MapInfo.
39
OSS (Operating SubSystem: Phân hệ điều hành khai thác): là phân hệ
hỗ trợ cho nhà cung cấp dịch vụ (Operator) tính năng giám sát tình
trạng hoạt động, vận hành khai thác của hệ thống mạng. Nó cung cấp
các giao diện để quan sát, giám sát cấu hình, cảnh báo của hệ thống.
Nó hỗ trợ cho công tác tối ưu, thiết kế hệ thống..v.v..
Hình 7: Phân hệ điều hành khai thác OSS.
40
Ví dụ nó có các giao diện sau:
Configuration Management (Quản lý cấu hình): đưa ra giao diện
đồ hoạ quan sát cấu hình các thành phần trong mạng, ví dụ như
cấu hình của các Cell trong mạng.
Hình 8: Giao diện Quản lý cấu hình mạng vô tuyến.
41
Xử lý các câu lệnh (Command Handling): là giao diện để thực
hiện các lệnh giám sát hệ thống mạng.
Hình 9: Giao diện thực hiện các dòng lệnh (Command Handling).
42
Alarm (Cảnh báo): giám sát các cảnh báo về tình trạng hoạt động
của các thành phần mạng. Nhìn vào đây ta có thể thấy được các
lỗi có thể của hệ thống, từ đó đưa ra các phản ứng thích hợp để
mạng hoạt động tốt hơn.
Hình 10: Giao diện hiển thị các cảnh báo (Alarm).
43
Tối ưu mạng vô tuyến RNO (Radio Network Optimization): là
tính năng hỗ trợ công việc tối ưu mạng vô tuyến, công việc hoạch
định tần số. Hỗ trợ phân tích, đánh giá chất lượng mạng vô
tuyến..v.v..
Hình 11: Giao diện hỗ trợ Tối ưu mạng vô tuyến RNO.
44
TEMS Investigation: là phần mềm hỗ trợ đo đạc, phân tích chất lượng
mạng vô tuyến. Dựa vào TEMS ta có thể biết được cường độ tín hiệu,
chất lượng tín hiệu, Cell phục vụ và các Cell lân cận tại một khu vực
khảo sát. TEMS cung cấp các sự kiện và các bản tin đo đạc của hệ
thống giúp phân tích một cách khá chính xác chất lượng mạng vô
tuyến tại một khu vực nhất định.
Hình 12: Các cửa sổ giao diện của TEMS Investigation.
1.4. Chu trình tối ưu mạng vô tuyến:
1.4.1. Lấy dữ liệu thống kê từ OSS:
Lấy dữ liệu thống kê về tình trạng hoạt động của hệ thống trong một
giai đoạn thời gian nhất định, ví dụ các dữ liệu thống kê của Cell như Số
45
cuộc gọi được thiết lập, Số cuộc gọi được thiết lập thành công, Số chuyển
giao, Số chuyển giao thành công..v.v..
Công cụ sử dụng là Business Object. Yêu cầu phải hiểu biết về mạng
vô tuyến để xác định cần lấy dữ liệu nào? Đối tượng mạng cần lấy dữ liệu,
nó được đo đạc bởi Bộ đếm (Counter) nào? Thuộc Đối tượng đo đạc
(Object) nào? Thuộc Loại đối tượng (Object Type) nào? Từ đó xây dựng câu
lệnh SQL truy vấn Cơ sở dữ liệu thông qua giao diện đồ hoạ (Cần hiểu biết
cơ bản về Cơ sở dữ liệu và Ngôn ngữ truy vấn có cấu trúc SQL).
Để có thông tin đầy đủ về tình trạng hoạt động của mạng thì không thể
thiếu một đầu vào dữ liệu quan trọng là Các phản ảnh của khách hàng thông
qua hệ thống Giải đáp khách hàng (Call Center).
1.4.2. Phân tích dữ liệu thống kê của hệ thống:
Phân tích dựa trên các KPI của Viettel Mobile. Mục tiêu là phát hiện ra
nguyên nhân mạng hoạt động không như mong muốn, ví dụ như tại sao Cell
hoạt động kém. Từ đó đưa ra các yêu cầu tác động vào hệ thống một cách
thích hợp.
Các KPI chính làm cơ sở cho phân tích là CSSR, CDR, HOSR. Ngoài
ra còn phân tích Nghẽn kênh SDCCH và Nghẽn kênh TCH.
Phân tích CSSR và CDR cần xác định nguyên nhân rớt kênh SDCCH,
rớt kênh TCH; bao gồm Rớt do Mức tín hiệu thấp (Low Signal Strength),
Rớt do Chất lượng tín hiệu kém (Bad Quality), Rớt do Vượt định thời
(Excessive Timing Advance), Rớt đột ngột (Suddenly Lost) và Rớt do các
nguyên nhân khác (Other Reasons). Xác định nguyên nhân rớt chủ yếu và
dùng các Công cụ hỗ trợ để tìm ra nguyên nhân và đưa ra giải pháp tương
ứng.
46
Phân tích Nghẽn cần xác định nguyên nhân Nghẽn là do lưu lượng tăng
hay do lỗi phần cứng để từ đó đưa ra yêu cầu tăng cấu hình hay sửa lỗi phần
cứng.
Phân tích HOSR cũng tương tự, cần xác định chuyển giao kém với Cell
nào và nguyên nhân tại sao. Từ đó có các giải pháp cụ thể.
Hình dưới đây biểu diễn một ví dụ về phân tích dữ liệu thống kê hệ thống:
47
Hình 13: Ví dụ về phân tích dữ liệu thống kê của hệ thống.
49
1.4.3. Đưa ra yêu cầu tối ưu mạng vô tuyến:
Hình 14: Một yêu cầu tối ưu mạng vô tuyến.
1.5. Nhận xét:
Tối ưu mạng vô tuyến là một công việc phức tạp do bản chất của
sóng vô tuyến là rất khó xác định và đường truyền vô tuyến là đường
truyền có chất lượng thấp nhất trong số các đường truyền tín hiệu đã
biết. Đòi hỏi phải có sự hiểu biết về hệ thống cả trên lý thuyết và
trên thực tiễn, đòi hỏi phải kết hợp nhiều nguồn dữ liệu, nhiều công
cụ hỗ trợ khác nhau.
Trong số các lý thuyết về Hệ thống thông tin di động GSM, đặc biệt
các lý thuyết về mạng vô tuyến thì Quá trình thiết lập cuộc gọi (Call
Set Up) được diễn ra như thế nào và sử dụng những tài nguyên nào
50
là những cơ sở không thể thiếu đối với một người làm công việc tối
ưu mạng vô tuyến. Do đó phần tiếp theo của báo cáo sẽ trình bày
một cách sơ lược về Quá trình báo hiệu thiết lập cuộc gọi (Call Set
Up).
51
2. Quá trình báo hiệu thiết lập cuộc gọi: (Call Set Up)
2.1. Tổng quan về BSS: (Base Station Subsystem)
Phân hệ trạm gốc BSS (Base Station Subsystem) tạo ra vùng phủ sóng vô
tuyến phục vụ các thuê bao GSM trong một vùng địa lý xác định. Vai trò
chủ yếu của BSS là để cung cấp và hỗ trợ các kênh báo hiệu và lưu lượng
giữa các Trạm di động MS (Mobile Station) và Phân hệ mạng chuyển mạch
NSS (Network SubSystem).
Hình dưới đây biểu diễn Phân hệ trạm gốc BSS trong 1 mạng thông tin
di động PLMN (PLMN: Public Land Mobile Network, Mạng di động mặt
đất công cộng) và các kết nối của BSS đến các mạng cố định PSTN (Public
Switched Telephone Network: Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng hay
còn được gọi với tên quen thuộc là Mạng điện thoại cố định) và PSDN
(Packet Switched Data Network: Mạng dữ liệu chuyển mạch gói).
52
Hình 15: Phân hệ trạm gốc (BSS) trong mạng Thông tin di động (PLMN).
2.1.1. Chức năng của BSS:
Chức năng của BSS được định nghĩa theo các khuyến nghị của ITU
(International Telecommunications Union: Hiệp hội Viễn thông quốc tế) và
ETSI (European Telecommunication Standards Institude: Viện Tiêu chuẩn
Viễn thông Châu Âu).
Phần này sẽ mô tả các chức năng của BSS trên quan điểm Hệ thống, có
nghĩa là các chức năng của BSS phối hợp với nhau như thế nào trong Hệ
thống. Các thành phần mạng và các đơn vị chức năng được chỉ ra khi nào và
ở đâu chúng có thể được sử dụng nhưng không được miêu tả một cách cụ
53
thể, các thông tin chi tiết có thể tham khảo các sổ tay thuyết minh các thành
phần mạng cụ thể, ví dụ Sổ tay thuyết minh chức năng của BTS.
Về cơ bản, BSS cung cấp các kênh báo hiệu và lưu lượng giữa MS và
NSS. Để đảm bảo các dịch vụ luôn sẵn sàng tới thuê bao BSS đưa ra các
chức năng sau:
Thiết lập cuộc gọi (Call Set Up).
Xử lý cuộc gọi (Call Handling).
Giải phóng cuộc gọi (Call Release).
Vận hành, Khai thác và Bảo dưỡng (Operations & Maintenance).
2.1.1.1. Thiết lập cuộc gọi: (Call Set Up)
Chức năng Thiết lập cuộc gọi (Call Setup) của BSS được sử dụng cho
các cuộc gọi thoại và dữ liệu. Có 3 loại cuộc gọi cơ bản được định nghĩa là:
Cuộc gọi Quản lý di động (Mobility Management).
Cuộc gọi Dịch vụ bổ sung (Supplementary Service).
Cuộc gọi Lưu lượng của người dùng (User Traffic).
a. Cuộc gọi Quản lý di động: (Mobility Management)
Các cuộc gọi Quản lý di động, ví dụ như Cập nhật vị trí (Location
Update), được hệ thống sử dụng để thu thập thông tin về MS. Thông tin trao
đổi chỉ là các bản tin giao thức, do đó chỉ 1 kênh báo hiệu được sử dụng.
b. Cuộc gọi Dịch vụ bổ sung: (Supplementary Service)
Các cuộc gọi Dịch vụ bổ sung, ví dụ như Dịch vụ bản tin ngắn SMS
(Short Message Service), cho phép MS gửi/nhận các bản tin đến/từ BTS.
Các cuộc gọi loại này chuyển giao một lượng nhỏ thông tin, do đó chỉ 1
kênh báo hiệu được sử dụng.
54
c. Cuộc gọi Lưu lượng người dùng: (User Traffic)
Các cuộc gọi Lưu lượng người dùng, ví dụ như các cuộc gọi thoại hoặc dữ
liệu đến đối tác tương ứng, có thể chuyển giao một lượng lớn thông tin. Do
đó, chúng yêu cầu băng thông lớn hơn 1 kênh báo hiệu. Các cuộc gọi này sử
dụng các kênh lưu lượng.
Tiến trình thiết lập cuộc gọi bao gồm các thủ tục sau:
Thiết lập kết nối vô tuyến (Radio and Link Establishment): để thiết
lập (gán) 1 kênh báo hiệu giữa MS và NSS.
Xử lý Đánh dấu lớp hay còn gọi là Xử lý Classmark (Classmark
Handling): để quản lý các khả năng mật mã hoá và các khả năng công
suất khác nhau của MS.
Mật mã hoá (Ciphering): để đảm bảo sự an toàn dữ liệu trên giao diện
không gian.
Thủ tục gán thông thường (Normal Assignment Process): để thiết lập
(gán) 1 kênh lưu lượng giữa MS và NSS.
2.1.1.2. Xử lý cuộc gọi: (Call Handling)
Chức năng Xử lý cuộc gọi (Call Handling) được sử dụng để giám sát
và duy trì các cuộc gọi đang tiếp diễn. Xử lý cuộc gọi bao gồm:
Sửa đổi kênh đang sử dụng trong cuộc gọi.
Duy trì sự toàn vẹn và chất lượng của cuộc gọi thông qua các tính
năng như Nhảy tần (Frequency Hopping), Thu phát ngắt quãng
(Discontinuous Transmission) hoặc Điều khiển công suất vô tuyến
(Radio Power Control).
Chuyển giao (Handover) để thay đổi các kênh khi MS di chuyển từ
một Cell này sang một Cell khác.
Chuyển giao khi chất lượng của kênh hiện tại xuống dưới một mức có
thể chấp nhận được.
Mật mã hoá để đảm bảo sự an toàn dữ liệu trên giao diện không gian.
55
Xử lý quá tải để quản lý lưu lượng các cuộc gọi trên hệ thống.
2.1.1.3. Giải phóng cuộc gọi: (Call Release)
Chức năng Giải phóng cuộc gọi (Call Release) đảm bảo rằng các tài
nguyên đã được cấp phát cho một cuộc gọi được giải phóng để tái sử dụng
cho các cuộc gọi khác khi chúng không được cuộc gọi hiện thời sử dụng
nữa.
Cụ thể, chức năng Giải phóng cuộc gọi bao gồm:
Giải phóng cuộc gọi trong dịch vụ thông thường.
- Các cuộc gọi được kết thúc bởi thủ tục quản lý cuộc gọi (Call
Management).
- Các cuộc gọi được kết thúc do sự thay đổi kênh.
Các trường hợp đặc biệt:
- Giải phóng cuộc gọi do Sự khởi tạo lại (Reset).
- Giải phóng cuộc gọi do yêu cầu của BSC.
- Giải phóng cuộc gọi do yêu cầu của BTS.
- Giải phóng cuộc gọi do yêu cầu của MS.
2.1.1.4. Vận hành, Khai thác và Bảo dưỡng: (Operations & Maintenance)
Chức năng Vận hành, Khai thác và Bảo dưỡng O&M (Operations &
Maintenance) cung cấp giao diện cho khai thác viên để quản lý và điều
khiển BSS và kết nối của nó đến NSS. O&M được chia thành 3 phần cơ bản:
Quản lý cấu hình.
Quản lý lỗi.
Quản lý sự vận hành.
56
2.1.2. Các thành phần của BSS:
Có 3 thành phần chính trong phân hệ BSS là:
Trạm thu phát gốc BTS (Base Transceiver Station): cung cấp các chức
năng thu phát và truyền dẫn vô tuyến cho Cell.
Bộ điều khiển trạm gốc BSC (Base Station Controller): hoạt động như
bộ điều khiển của phân hệ BSS. BSC điều khiển các BTS và các tài
nguyên của chúng, và thực hiện chức năng chuyển mạch trong phân
hệ BSS.
Bộ chuyển mã TC (TransCoder): thực hiện chức năng tương thích tốc
độ và mã hoá/giải mã hoá thoại và dữ liệu giữa BSC và MSC.
2.1.2.1. Trạm thu phát gốc BTS: (Base Transceiver Station)
BTS cung cấp các chức năng truyền dẫn, điều khiển vô tuyến và các
chức năng băng gốc cho Cell. Đồng thời BTS còn hỗ trợ giao diện không
gian với MS.
BTS thực hiện các chức năng sau dưới sự điều khiển của BSC:
Thực hiện các chức năng thu và phát.
Phân tập Antenna (Antenna Diversity).
Nhẩy tần (Frequency Hopping).
Thực hiện các phép đo đạc kênh vô tuyến.
Thực hiện kiểm tra tần số vô tuyến.
2.1.2.2. Bộ điều khiển trạm gốc BSC: (Base Station Controller)
BSC cung cấp khả năng điều khiển các BTS và quản lý các tài
nguyên vô tuyến và các thông số vô tuyến. Theo quan điểm truyền dẫn thì
BSC cũng thực hiện chức năng tập trung nếu số lượng kênh lưu lượng vô
tuyến được kết nối đến MSC là nhiều hơn so với số lượng kênh trên giao
diện A (giao diện giữa BSC và MSC, hay được gọi là giao diện mặt đất -
terrestrial). Một BSC đơn lẻ có thể điều khiển một số lượng lớn các BTS. Số
57
lượng BTS chính xác có thể được điều khiển bởi BSC là một chỉ tiêu kỹ
thuật của thiết bị BSC và phụ thuộc vào cấu hình được sử dụng.
BSC cung cấp các chức năng:
Quản lý tài nguyên.
Quản lý cơ sở dữ liệu.
Xử lý đo đạc vô tuyến.
Quản lý kênh.
Các chức năng Vận hành, Khai thác và Bảo dưỡng trong phân hệ
BSS.
Chuyển mạch giữa các kênh trên giao diện không gian (và các kênh
trên giao diện Abis gắn liền với các kênh trên giao diện không gian)
và các kênh trên giao diện A.
BSC cũng kết hợp chặt chẽ với thiết bị truyền dẫn sau:
Thiết bị giao diện trạm gốc, là thiết bị thực hiện báo hiệu và ghép
kênh trên giao diện Abis.
Bộ điều khiển ghép kênh chuyển mã, là thiết bị thu thập và xử lý dữ
liệu truyền dẫn. Nó cũng cung cấp một giao diện khai thác để đảm bảo
các chức năng truyền dẫn thông qua một thiết bị là Đầu cuối bảo
dưỡng cục bộ.
2.1.2.3. Bộ chuyển mã TC: (TransCoder)
Bộ chuyển mã TC là thành phần thiết yếu cho truyền dẫn, nhờ TC mà
các kết nối mặt đất (terrestrial link) giữa các thành phần của phân hệ BSS
được sử dụng một cách hiệu quả.
TC cung cấp các chức năng:
Chuyển đổi mã giữa Mã luật A và lưu lượng được Mã hoá dự đoán
dài hạn-thiết bị kiểm tra vô tuyến (Radio Test Equipment-Long Term
Prediction encoded traffic) (cho tín hiệu thoại).
58
Chuyển đổi mã giữa Mã luật A và lưu lượng được Mã hoá dự đoán
tuyến tính kích xung đại số (Algebraic Code Excited Linear Prediction
encoded traffic) (cho tín hiệu thoại).
Tương thích tốc độ (cho dữ liệu).
Điều khiển Vận hành, Khai thác và Bảo dưỡng O&M cho truyền dẫn.
Bộ chuyển mã TC thường được đặt gần MSC.
2.2. Quá trình báo hiệu thiết lập cuộc gọi: (Call Set Up)
Phần này giới thiệu một cách tổng quan về quá trình thiết lập cuộc gọi
giữa MS và NSS, hay nói một cách khác thì cuộc gọi được thiết lập như thế
nào giữa MS và NSS. Miêu tả các loại cuộc gọi có thể được thiết lập. Loại
dịch vụ mang và dịch vụ xa được yêu cầu cũng được mô tả.
Phần này trình bày các thành phần sau của thủ tục Thiết lập cuộc gọi:
Tổng quan về Call Set Up.
Call Set Up cho Cuộc gọi từ máy di động (Mobile Originated
Call).
Call Set Up cho Cuộc gọi đến máy di động (Mobile Terminated
Call).
Thủ tục Tìm gọi (Paging).
Xử lý Classmark (Classmark Handling).
Nhận thực (Authentication).
Mật mã hoá (Ciphering).
2.2.1. Tổng quan về Call Set Up:
Thủ tục Thiết lập cuộc gọi (Call Set Up) được yều cầu để thiết lập kết
nối thông tin giữa MS và NSS. Sau đó NSS chịu trách nhiệm thiết lập kết
nối đến đối tác tương ứng. Các loại cuộc gọi khác nhau yêu cầu các dịch vụ
xa (teleservice) khác nhau. Các dịch vụ xa đó được định nghĩa trong các tài
liệu thông số kỹ thuật của GSM. Loại dịch vụ mang và dịch vụ xa được sử
59
dụng được xem xét trước khi thực hiện thủ tục Gán kênh thông thường
(Normal Assignment).
Các loại cuộc gọi, có 3 loại cuộc gọi cơ bản như đã được trình bầy, đó là:
Cuộc gọi Quản lý di động (Mobility Management Calls).
Cuộc gọi Dịch vụ bổ sung (Supplementary Service Calls).
Cuộc gọi Lưu lượng của người dùng (User Traffic Calls).
Các kênh được sử dụng cho một cuộc gọi là kênh SDCCH (Stand alone
Dedicated Control CHannel: Kênh điều khiển dành riêng đứng một mình)
cho báo hiệu và kênh TCH (Traffic CHannel: Kênh lưu lượng) cho dữ liệu
người dùng. Các kênh này kết hợp với các kênh FACCH/SACCH để hoàn
tất cuộc gọi. Kênh SDCCH luôn luôn được cấp phát cho thủ tục Thiết lập
cuộc gọi cho dù sau đó cuộc gọi có yêu cầu kênh TCH hay không.
Vai trò của BSS trong thủ tục Thiết lập cuộc gọi là cấp phát đúng kênh
cho cuộc gọi đồng thời cung cấp và quản lý đường thông tin giữa MS và
NSS.
60
Các pha trong thủ tục Thiết lập cuộc gọi: (Call Set Up Phases)
Bảng sau đây biểu diễn các pha trong thủ tục Thiết lập cuộc gọi:
Pha (Phase) Bao gồm
Thiết lập kết nối Thủ tục Tìm gọi (chỉ dành cho các Cuộc gọi đến máy di
vô tuyến động) để thông báo cho MS biết rằng nó đang được gọi.
Nếu thủ tục Attach_Detach_Allowed được kích hoạt thì
bản tin IMSI_Detach của MS có thể loại bỏ sự Tìm gọi
không cấn thiết (Tham khảo thêm thủ tục IMSI Attach-
Detach).
Thủ tục Gán tức thì (Immediate Assignment Procedure)
cấp phát tài nguyên cho MS và thiết lập một kết nối báo
hiệu vô tuyến giữa BSS và MS.
Một kết nối giao diện, để cấp phát một kênh báo hiệu
SCCP giữa BSC và MSC.
Thủ tục Cấp phát một đường chuyển mạch thông qua
BSC.
Nhận thực và Xử lý Classmark (Classmark Handling).
Mật mã hoá Nhận thực (Authentication).
Mật mã hoá (Ciphering).
Gán kênh thông Thủ tục Xét duyệt Dịch vụ mang/Dịch vụ xa.
thường Thủ tục Cấp phát kênh.
Thủ tục Xử lý lớp Vật lý (Physical context Procedure).
Thủ tục Gán kênh TCH, nếu được yêu cầu.
Thủ tục Kết nối cuộc gọi (Connecting the Call).
Bảng 2: Các pha trong thủ tục Thiết lập cuộc gọi.
Các pha này sẽ được mô tả theo 2 loại cuộc gọi là Cuộc gọi từ máy di
động (Mobile Originated Call) và Cuộc gọi đến máy di động (Mobile
Terminated Call).
61
2.2.2. Call Set Up cho Cuộc gọi từ máy di động: (Mobile Originated Call)
Cuộc gọi được khởi tạo bởi MS có thể là cuộc gọi của thuê bao, ở đó
lưu lượng thoại và/hoặc dữ liệu được vận chuyển dọc theo mạng, hoặc là
cuộc gọi Cập nhật vị trí (location update call) từ MS ở chế độ Nghỉ (Idle
Mode). Lưu lượng của cuộc gọi Cập nhật vị trí được vận chuyển trên kênh
báo hiệu. Do đó, thủ tục Thiết lập cuộc gọi ban đầu của cuộc gọi Cập nhật vị
trí là tương tự như của cuộc gọi của thuê bao. Cuộc gọi Cập nhật vị trí không
yêu cầu cấp phát kênh lưu lượng TCH.
2.2.2.1. Thiết lập kết nối vô tuyến: (Radio and Link Establishment)
Khi một kết nối với MS được yêu cầu thì các yếu tố sau là cần thiết
(phải được thực hiện):
Một kênh vô tuyến (radio channel) phải được cấp phát để cho phép
thông tin giữa MS và BSS.
Một liên kết mặt đất (terrestrial link) phải được thiết lập để thông báo
sự có mặt của MS đối với mạng.
Thủ tục để đạt được các kết nối ban đầu này được gọi là Thiết lập kết
nối vô tuyến. Thủ tục Thiết lập kết nối vô tuyến thiết lập các liên kết báo
hiệu giữa:
BSS và MS thông qua kênh SDCCH.
BSS và MSC thông qua kết nối SCCP.
Các liên kết này vận chuyển thông tin cho thủ tục Xét duyệt cuộc gọi
và thiết lập một kênh lưu lượng TCH, nếu được yêu cầu.
Hình sau đây biểu diễn thủ tục Thiết lập kết nối vô tuyến cho Cuộc gọi từ
máy di động:
62
Hình 16: Thủ tục Thiết lập kết nối vô tuyến cho Cuộc gọi từ máy di động.
Yêu cầu kênh (Channel Request):
MS khởi tạo một cuộc gọi bằng cách gửi một bản tin Yêu cầu kênh
(Channel_Request) có chứa trường Thông tin truy nhập ngẫu nhiên REF
(Random Access Information value). Thông tin truy nhập ngẫu nhiên REF
63
bao gồm Nguyên nhân thiết lập cuộc gọi (Establishment Cause) và một Số
Ngẫu nhiên RAND (RANDom number, được sử dụng cho thủ tục Nhận
thực). Bản tin này được phát trên kênh RACH (Random Access CHannel:
Kênh truy nhập ngẫu nhiên). Kênh RACH được kết hợp với kênh CCCH
(Common Control CHannel: Kênh điều khiển dùng chung), kênh CCCH là
kênh mà MS đang giám sát trong chế độ Nghỉ (Idle mode).
Trường Nguyên nhân thiết lập cuộc gọi của REF chỉ ra:
Một cuộc gọi khẩn cấp (Emergency Call).
Thiết lập lại cuộc gọi (Call Re-Establishment).
Trả lời bản tin Tìm gọi (Paging).
MS thực hiện một cuộc gọi thoại (Speech Call).
MS thực hiện một cuộc gọi dữ liệu (Data Call).
Cập nhật vị trí (Location Update).
Cuộc gọi dịch vụ (Service Call, ví dụ như SMS…v.v.).
MS rất chú ý đến Số ngẫu nhiên RAND và Số hiệu khung RFN (Reduced
Frame Number, Số hiệu khung giảm) gắn liền với mỗi một bản tin Yêu cầu
kênh (Channel_Request). Chúng được MS sử dụng để kiểm tra bản tin trả
lời được gửi từ BSS. Các bản tin trả lời này được gửi trên kênh AGCH
(Access Grant CHannel: Kênh chấp nhận truy nhập), kênh này có thể được
giám sát bởi rất nhiều MS. Do đó, MS giải mã tất cả các bản tin được gửi
trên kênh AGCH này và chỉ chấp nhận bản tin có Số ngẫu nhiên RAND và
Số hiệu khung RFN đúng với RAND và RFN của một trong 3 yều cầu đã
được gửi gần nhất bởi MS.
MS sẽ tiếp tục gửi các bản tin Yêu cầu kênh (Channel_Request) cho đến
khi nó nhận được một bản tin trả lời thoả mãn yêu cầu. Nếu trước khi phát
lại được một số lần định trước các bản tin mà MS không nhận được một bản
tin trả lời thoả mãn thì MS sẽ:
Hiển thị bản tin báo lỗi mạng cho tất cả các cuộc gọi ngoại trừ các
cuộc gọi Cập nhật vị trí.
64
Đối với các cuộc gọi Cập nhật vị trí thì sẽ thực hiện một cách tự động
thủ tục Lựa chọn lại Cell (Cell Reselection), điều này có nghĩa là MS
sẽ cố gắng thực hiện thủ tục Truy nhập ngẫu nhiên (Random Access)
ở một Cell khác.
Khi nhận được bản tin Yêu cầu kênh (Channel_Request) từ MS, BTS sẽ
gửi bản tin Kênh được yêu cầu (Channel_Required) đến BSC. Bản tin này
có chứa Số ngẫu nhiên đã được gửi bởi MS, và có chứa giá trị Định thời sớm
(Timing Advance) được đo bởi BTS.
*)Chú ý: Dưới các điều kiện tải lớn, các tài nguyên có thể bị cấp phát quá
tải do thuật toán xử lý này. Phần sau sẽ giải thích cụ thể cách mà tính năng
Gán tức thì mở rộng (Immediate Assignment Extended) hoạt động để giảm
bớt hiệu ứng này.
Kích hoạt kênh SDCCH (SDCCH Channel Activation):
BSC kiểm tra bản tin Kênh được yêu cầu (Channel_Required) để đảm bảo
rằng nó có thể chấp nhận yêu cầu kênh. BSC cấp phát 1 kênh SDCCH nếu
có một kênh là sẵn sàng. Phần mềm quản lý tài nguyên của BSC cấp phát
kênh SDCCH dựa trên nguyên tắc kênh lưu lượng TCH nào có các kênh
SDCCH sẵn sàng nhất. Điều này đảm bảo rằng tải được trải đều giữa các
kênh lưu lượng TCH.
BSC sau đó gửi bản tin Kích hoạt kênh (Channel_Activation) đến BTS.
Đồng thời nó cũng khởi động một đồng hồ để đợi Báo nhận
(Acknowledgment) từ BTS, Báo nhận này chỉ ra rằng BTS đã sẵn sàng kích
hoạt kênh. Bản tin Kích hoạt kênh (Channel_Activation) có chứa:
Mô tả về kênh SDCCH được sử dụng.
Giá trị Định thời sớm (Timing Advance).
Các lệnh về công suất của MS và BTS. Giá trị công suất của MS và
BTS được đặt ở giá trị lớn nhất được cho phép ở trong Cell.
65
BTS khởi tạo các tài nguyên lớp Vật lý cho kênh và khởi động Giải thuật
cạnh tranh LAPDm (LAPDm contention resolution) sẵn sàng cho bản tin đầu
tiên của MS trên kênh SDCCH. Sau đó BTS gửi bản tin Báo nhận kích hoạt
kênh (Channel_Activation_Acknowledgment) đến BSC. BSC dừng đồng hồ
bảo vệ của nó lại.
*)Chú ý: Giải thuật cạnh tranh nhằm tránh hiện tượng 2 MS kết nối với
cùng 1 kênh SDCCH.
Hình sau chỉ ra thủ tục Kích hoạt kênh:
Hình 17: Thủ tục Kích hoạt kênh SDCCH.
Gán tức thì (Immediate Assignment):
BSC xây dựng và gửi bản tin Lệnh gán tức thì
(Immediate_Assign_Command) đến BTS, bản tin này lập lại những thông tin
đã được gửi trong bản tin Kích hoạt kênh (Channel_Activation). Bản tin này
cũng chứa Số ngẫu nhiên RAND và Số hiệu khung RFN của bản tin Yêu cầu
kênh lúc đầu MS đã gửi và cũng chính là bản tin mà BSC đang phải trả lời.
Đồng thời BSC cũng hướng dẫn BTS thông báo cho MS về sự gán kênh
SDCCH. BSC khởi động một đồng hồ bảo vệ để đợi sự trả lời từ MS.
66
Hình dưới đây biểu diễn thủ tục Gán tức thì:
Hình 18: Thủ tục Gán tức thì.
BTS gửi bản tin Gán tức thì (Immediate_Assignment) đến MS trên kênh
AGCH. MS kiểm tra Số ngẫu nhiên RAND và Số hiệu khung RFN trong
bản tin Gán tức thì (Immediate_Assignment). Nếu các giá trị này đúng với
RAND và RFN của một trong 3 bản tin Yêu cầu kênh (Channel_Request) đã
được gửi gần nhất bởi MS thì MS sẽ chuyển sang kênh SDCCH đã được chỉ
định và thiết lập giá trị Định thời sớm (Timing Advance) của nó thành giá trị
đã được chỉ ra trong bản tin Gán tức thì (Immediate_Assignment).
Từ chối gán tức thì (Immediate Assignment Reject):
Khi kênh SDCCH bị nghẽn, MS có thể vẫn lập lại một cách vô ích việc
truy nhập kênh. Điều này tạo ra các hiệu ứng không mong muốn sau:
Sinh ra các bản tin không mong muốn trên màn hình của MS.
Thuê bao phải thực hiện lại cuộc gọi của mình một cách thủ công.
Các nỗ lực kết nối vô ích được lặp lại có thể gây qúa tải kênh RACH
và giao diện Abis.
MS thực hiện “nhảy qua nhảy lại” thủ tục Lựa chọn lại Cell (“ping-
pong” cell reselection).
67
Vì vậy hệ thống thực thi một bản tin đặc biệt Từ chối gán tức thì
(Immediate_Assignment_Reject) khi các điều kiện sau được thoả mãn:
Cờ EN_IM_ASS_REJ của BSC được đặt là đúng (true). Cờ này được
thiết lập tại BSC, và có thể được xem nhưng không thể chỉnh sửa từ
OMC-R (Operation Maintenance Center-Radio: Trung tâm Khai thác
Bảo dưỡng phần Vô tuyến).
Tất cả các kênh SDCCH trong Cell đều đang bận.
BSC nhận được bản tin Kênh được yêu cầu (Channel_Required) từ
BTS với một trong các Nguyên nhân thiết lập cuộc gọi sau:
Cuộc gọi khẩn cấp (Emergency Call).
Thiết lập lại cuộc gọi (Call re-establishment).
MS thực hiện một cuộc gọi (speech/data).
Cập nhật vị trí (Location Update).
Các cuộc gọi dịch vụ (Service Calls).
Bản tin Từ chối gán tức thì (Immediate_Assignment_Reject) được chứa
trong trường thông tin của bản tin Lệnh gán tức thì
(Immediate_Assign_Command). Bản tin này khởi động một đồng hồ trong
MS và bắt MS phải chờ trong chế độ Nghỉ (Idle mode) cho đến khi đồng hồ
chạy hết trước khi cho phép nó gửi các bản tin Yêu cầu kênh
(Channel_Request) mới. Độ dài thời gian của đồng hồ phụ thuộc vào
Nguyên nhân thiết lập cuộc gọi và người dùng có thể cài đặt được.
Nếu nhận được bản tin Lệnh gán kênh tức thì
(Immediate_Assign_Command) trước khi đồng hồ chạy hết thì bản tin này
có quyền ưu tiên và MS sẽ trả lời nó, do đó kết nối cuộc gọi.
*)Chú ý: Bản tin này không thể được sử dụng khi MS đang trả lời bản tin
Tìm gọi (Paging), nghĩa là trong trường hợp Cuộc gọi đến máy di động
(Mobile Terminated Call).
68
Gán tức thì mở rộng (Immediate Assignment Extended):
Dưới các điều kiện tải lớn, thì gần như chắc chắn là MS sẽ gửi nhiều bản
tin Yêu cầu kênh (Channel_Request) trước khi nhận được 1 bản tin Gán tức
thì (Immediate_Assignment) chỉ ra rằng một kênh đã được cấp phát cho nó.
Vào thời điểm này BSC không thể xác định chính xác MS nào đã gửi bản tin
Yêu cầu kênh (Channel Request) nhất định và do đó nó sẽ cấp phát nhiều
kênh SDCCH cho cùng một MS, như thế là đã lãng phí các tài nguyên và
làm giảm thông lượng của kênh AGCH.
Nếu nhiều bản tin Gán tức thì (Immediate_Assignment) được xếp trong
hàng đợi của kênh AGCH thì BTS sẽ cố gắng xây dựng một bản tin Gán tức
thì mở rộng (Immediate_Assignment_Extended) và gửi đến MS trên giao
diện không gian, bản tin này được xây dựng từ 2 bản tin Gán tức thì
(Immediate_Assignment) như sau:
Bản tin Gán tức thì (Immediate_Assignment) đầu tiên trong hàng đợi
(nghĩa là bản tin cũ nhất).
Bản tin Gán tức thì (Immediate_Assignment) đầu tiên trong số các bản
tin còn lại trong hàng đợi với điều kiện bản tin này có thể kết hợp với
bản tin đầu tiên dựa trên 1 trong 2 tiêu chí sau:
o Ít nhất 1 trong 2 kênh được cấp phát là không nhảy tần.
o Nếu cả 2 kênh được cấp phát đều nhảy tần thì chúng chia sẻ cùng
1 thủ tục Cấp phát di động (Mobile Allocation) (tham khảo thêm
thuật toán Nhảy tần băng gốc (Baseband Frequency Hopping) để
biết thêm chi tiết về thủ tục Cấp phát di động).
Nếu có nhiều bản tin Gán tức thì (Immediate_Assignment) trong hàng đợi
của kênh AGCH nhưng bản tin đầu tiên không thể kết hợp với bất cứ bản tin
nào khác còn lại trong hàng đợi (sử dụng các tiêu chí trên) thì một bản tin
Gán tức thì (Immediate_Assignment) thông thường được gửi trên giao diện
không gian.
69
Thiết lập Chế độ cân bằng bất đồng bộ (Set Asynchronous Balanced
Mode):
Khung lớp 2 đầu tiên được gửi trên kênh SDCCH là một khung LAPDm
tiêu chuẩn, được gọi là khung Thiết lập chế độ cân bằng bất đồng bộ (Set
Asynchronous Balanced Mode). Khung này là tương đương với khung Thiết
lập chế độ cân bằng bất đồng bộ mở rộng (Set Asynchronous Balanced
Mode Extended) trong LAPD. Trên giao diện không gian nó thiết lập kết nối
LAPDm với BTS. Khung này cũng có thể chứa các bản tin lớp 3.
Giải thuật cạnh tranh (Contention Resolution):
MS khởi động kết nối LAPDm của nó và gửi một bản tin lớp 3 trong
khung đầu tiên của nó. BTS sử dụng bản tin này cho Giải thuật cạnh tranh.
BTS gửi Báo nhận trở lại MS, Báo nhận này chứa cùng bản tin lớp 3. Do đó
chỉ MS đã gửi bản tin lớp 3 mới có thể chấp nhận Báo nhận từ BTS và tự
xem như nó đã được kết nối.
Hình sau biểu diễn sự thiết lập kết nối cho Cuộc gọi từ máy di động:
Hình 19: Kết nối cho Cuộc gọi từ máy di động.
70
Đối với Cuộc gọi từ máy di động thì bản tin lớp 3 từ MS bao gồm:
Một thành phần thông tin chỉ ra:
o Yêu cầu dịch vụ quản lý cuộc gọi (thoại/dữ liệu, SMS, cuộc gọi
khẩn cấp).
o Yêu cầu cập nhật vị trí (thủ tục cập nhật vị trí).
o Yêu cầu thiết lập lại quản lý cuộc gọi (sau 1 lỗi).
o Chỉ thị tách IMSI (MS tắt máy, tham khảo thêm thủ tục IMSI
Attach-Detach để có thêm thông tin).
Mã nhận dạng MS (xem phần Nhận thực (Authentication) để hiểu rõ
hơn).
Đánh dấu lớp của MS (xem phần Xử lý Classmark (Classmark
Handling) để hiểu rõ hơn).
Mạng sử dụng bản tin này để quyết định thủ tục Xét duyệt cuộc gọi nào
được yêu cầu và có cấp phát 1 kênh lưu lượng TCH hay không.
Chỉ thị thiết lập (Establish Indication):
BTS gửi bản tin Chỉ thị thiết lập (Establish_Indication) đến BSC để chỉ ra
rằng MS đã được kết nối. BSC dừng đồng hồ bảo vệ, trích thông tin Đánh
dấu lớp (classmark) và khởi tạo một kết nối SCCP với MSC.
Kết nối SCCP (SCCP Connection):
BSC gửi bản tin Yêu cầu kết nối SCCP (SCCP_Connection_Request) đến
MSC. MSC đáp trả bằng bản tin Xác nhận kết nối SCCP
(SCCP_Connection_Confirm). Bản tin này có thể chứa 1 yêu cầu classmark
hoặc 1 lệnh chế độ mật mã hoá.
Liên kết báo hiệu được thiết lập giữa MS và MSC.
71
2.2.2.2. Nhận thực và Mật mã hoá: (Authentication & Ciphering)
Thủ tục Đánh dấu lớp (Classmark Procedure):
Nội dung của thành phần thông tin đánh dấu lớp (classmark IE) được gửi
trong suốt quá trình Thiết lập kết nối vô tuyến phụ thuộc vào loại MS.
Thông tin classmark được sử dụng cho Điều khiển công suất MS và để thiết
lập Mật mã hoá. MSC có thể yêu cầu cập nhật thông tin classmark để chắc
chắn rằng nó có thông tin chính xác. Thủ tục Đánh dấu lớp được mô tả trong
phần Xử lý classmark (Classmark Handling).
Nhận thực (Authentication):
Thủ tục Nhận thực dùng để:
Nhận thực MS.
Kiểm tra xem MS có giá trị Khoá nhận thực thuê bao đúng hay không
trên SIM cho thủ tục Mật mã hoá.
Gửi Số ngẫu nhiên cho các thủ tục Nhận thực và Mật mã hoá.
Thủ tục này được mô tả trong phần Nhận thực (Authentication).
Mật mã hoá (Ciphering):
Thông tin được gửi trên giao diện không gian phải được bảo vệ. MSC có
thể yêu cầu BSS thiết lập chế độ Mật mã hoá trước khi thông tin được gửi
trên kênh SDCCH. Thủ tục Mật mã hoá được mô tả trong phần Mật mã hoá
(Ciphering).
2.2.2.3. Gán kênh thông thường: (Normal Assignment)
Hình dưới đây biểu diễn quá trình Gán kênh thông thường cho Cuộc gọi từ
máy di động:
72
Hình 20: Thủ tục Gán kênh thông thường cho Cuộc gọi từ máy di động.
73
Khi thủ tục Thiết lập kết nối vô tuyến (Radio and Link Establishment) kết
thúc thành công, MS có 1 liên kết báo hiệu với mạng. Nếu cuộc gọi yêu cầu
kênh lưu lượng TCH để thông tin với thuê bao được gọi thì MS sẽ gửi bản
tin Thiết lập (Setup). Bản tin này chỉ ra dịch vụ mang và dịch vụ xa được
yêu cầu, chỉ ra Số của thuê bao được gọi. Thông tin được gửi một cách trong
suốt qua BSS. Bản tin này có thể chứa nhiều hơn 1 thành phần dịch vụ
mang, và chứa 1 thông số chỉ ra rằng thuê bao có thể yêu cầu thay đổi dịch
vụ (thủ tục Chỉnh sửa trong cuộc gọi: In-Call Modification) trong suốt cuộc
gọi. Tham khảo thêm phần Chỉnh sửa trong cuộc gọi (In-Call Modification)
để rõ hơn về thủ tục Chỉnh sửa trong cuộc gọi (In-Call Modification).
MSC gửi bản tin Tiếp tục cuộc gọi (Call_Proceeding) đến MS. Bản tin
này chỉ ra rằng các thông số của cuộc gọi đã được nhận và các cố gắng thiết
lập thông tin với thuê bao được gọi đang được xem xét.
Yêu cầu kênh (Channel Request):
MSC khởi tạo thủ tục gán kênh lưu lượng TCH bằng cách gửi bản tin Yêu
cầu gán kênh (Assignment_Request) và thiết lập một đồng hồ để giám sát
bản tin trả lời từ BSC.
BSC kiểm tra bản tin, bản tin này phải chứa thông tin về loại kênh (đối
với kênh lưu lượng TCH thì là thoại hoặc dữ liệu cùng với tốc độ dữ liệu).
Bản tin này cũng chứa thông tin classmark của MS, thông tin này được BSC
sử dụng nếu nó chưa nhận được thông tin về classmark từ MS.
Bản tin Yêu cầu gán kênh (Assignment_Request) có thể chứa một danh
sách thuật toán mã hoá/giải mã hoá được sắp xếp theo thứ tự ưu tiên, là các
thuật toán mã hoá/giải mã hoá mà nó có thể sử dụng (ví dụ mã hoá thoại
toàn tốc cải tiến). Trong trường hợp này BSC kiểm tra danh sách này so
sánh với các thuật toán mã hoá/giải mã hoá được hỗ trỡ bởi Cell, và lựa chọn
thuật toán thích hợp nhất mà cả BTS và MS đều có thể sử dụng được.
74
Nếu BSC tìm thấy một lỗi trong bản tin Yêu cầu gán kênh
(Assignment_Request) nó sẽ gửi bản tin Lỗi gán kênh (Assignment_Failure).
Nếu không phát hiện lỗi nào BSC khởi động thủ tục Gán kênh thông thường
(Normal Assignment) đến MS.
Cấp phát kênh lưu lượng TCH (Traffic Channel Allocation):
BSC chắc chắn rằng nó đang không chạy bất kỳ thủ tục nào khác cho MS
và sau đó tiến hành cấp phát các tài nguyên cho kênh lưu lượng TCH. Các
tài nguyên được cấp phát được tính toán dựa trên một thuật toán trong BSC.
BSC có thể nhận bản tin Yêu cầu gán kênh (Assignment_Request) trong
nhiều tình huống. Do đó nó có các thuật toán cấp phát tài nguyên kênh lưu
lượng TCH cho:
Gán kênh thông thường (Normal Assignment).
Chỉnh sửa trong cuộc gọi (In-Call Modification).
Chuyển giao giữa các Cell (InterCell Handover).
Chuyển giao trong Cell (IntraCell Handover).
Thử lại trực tiếp (Directed Retry).
Các Cell đồng tâm (Concentric Cells).
MicroCells.
Trong các điều kiện thông thường (Cuộc gọi từ máy di động, Gán kênh
thông thường), thì thuật toán Gán kênh thông thường được sử dụng. BSC
giữ một bảng các kênh rỗi, trong đó các kênh rỗi được phân loại theo mức
nhiễu của chúng (1 = mức nhiễu thấp, 5 = mức nhiễu cao).
Mức nhiễu của tất cả các kênh rỗi được giám sát bởi BTS. Thông tin này
được gửi một cách có chu kỳ đến BSC trong bản tin Chỉ thị tài nguyên vô
tuyến (RF_Resource_Indication). BSC không tự động cấp phát một kênh có
mức nhiễu thấp nhất bởi vì một số kênh có thể được để rành cho Chuyển
giao (Handover). Sau khi tất cả các kênh để rành được bỏ qua, kênh được
cấp phát là kênh còn lại mà có mức nhiễu thấp nhất. Nếu số lượng kênh phải
để rành là vượt quá số lượng kênh rỗi thì BSC cấp phát một kênh có mức
75
nhiễu cao nhất. Nếu không có kênh nào là rỗi thì BSC sẽ gửi bản tin Lỗi gán
kênh (Assignment_Failure) đến MSC chỉ ra nguyên nhân của lỗi.
Kích hoạt kênh lưu lượng TCH (Traffic Channel Activation):
BSC gửi bản tin Yêu cầu xử lý lớp Vật lý (Physical_Context_Request) đến
BTS để xem xem hiện thời MS đang sử dụng mức công suất và giá trị định
thời sớm là bao nhiêu trên kênh SDCCH. BTS trả lời bằng bản tin Xác nhận
xử lý lớp Vật lý (Physical_Context_Confirm) có chứa các thông tin liên
quan. Nếu không có kênh nào là sẵn sàng và tính năng Xếp hàng (Queuing)
được cho phép thì cuộc gọi được xếp trong hàng đợi (Tham khảo thêm về
Nghẽn để rõ hơn về tính năng Xếp hàng).
Hình sau đây biểu diễn quá trình Kích hoạt kênh cho kênh lưu lượng TCH:
Hình 21: Quá trình Kích hoạt kênh cho kênh lưu lượng TCH.
76
BSC gửi bản tin Kích hoạt kênh (Channel_Activation) đến BTS. Bản tin
này có chứa:
Mô tả về kênh TCH được sử dụng.
Giá trị Định thời sớm (Timing Advance) của MS được sử dụng.
Thuật toán mật mã hoá và Khoá mật mã hoá (tương tự như của thủ tục
Gán kênh SDCCH).
Một chỉ thị truyền dẫn ngắt quãng cho đường lên (uplink) và đường
xuống (downlink) (Tham khảo thêm về Truyền dẫn thoại để có thêm
thông tin).
Công suất MS được sử dụng (Tham khảo thêm về Điều khiển công
suất vô tuyến để có thêm thông tin).
Công suất BTS được sử dụng.
BSC khởi động một đồng hồ và trờ BTS báo nhận là nó đã kích hoạt
kênh.
BTS khởi tạo các tài nguyên của nó cho kênh TCH, thiết lập chế độ mật
mã hoá, gửi thông tin Định thời sớm và Công suất đến MS trên kênh
SACCH, là kênh gắn liền với kênh TCH và được giám sát thường xuyên bởi
MS. Cùng thời gian đó BTS gửi bản tin Báo nhận kích hoạt kênh
(Channel_Activation_Acknowledgment) đến BSC. BSC ngừng đồng hồ của
nó và gửi bản tin Lệnh gán kênh (Assignment_Command) trên kênh SDCCH
đến MS. Bản tin này hướng dẫn MS chuyển sang kênh lưu lượng TCH.
Khi MS nhận được bản tin Lệnh gán kênh (Assignment_Command) nó
ngừng kết nối lớp Vật lý, và thực hiện thủ tục giải phóng cục bộ để giải
phóng kết nối LAPDm của kênh SDCCH.
77
Hình sau biểu diễn quá trình Gán kênh cho kênh lưu lượng TCH:
Hình 22: Quá trình Gán kênh cho kênh lưu lượng TCH.
MS sau đó thiết lập kết nối LAPDm (thông qua khung SABM trên kênh
FACCH) cho kênh lưu lượng TCH. BTS gửi bản tin Chỉ thị thiết lập
(Establish_Indication) đến BSC. Nó cũng thiết lập Bộ chuyển mã
(Transcoder) và thiết lập thuật toán phát hiện lỗi liên kết vô tuyến của nó
(Radio Link Failure Detection Algorithm). Đồng thời BTS gửi Báo nhận lớp
2 (Layer 2 Acknowledgment) đến MS. MS gửi bản tin Hoàn thành gán kênh
(Assignment_Complete) đến BSC.
Khi BSC nhận được bản tin Chỉ thị thiết lập (Establish_Indication) nó
thiết lập một đường chuyển mạch giữa tài nguyên của giao diện Abis đã
được cấp phát và tài nguyên của giao diện A. Khi BSC nhận được bản tin
Hoàn thành gán kênh (Assignment_Complete) nó gửi bản tin Hoàn thành
gán kênh (Assignment_Complete) đến MSC và khởi tạo thủ tục giải phóng
kênh SDCCH.
78
Kết nối cuộc gọi (Connecting the Call):
Khi đường thông tin với MS được gọi đã được thiết lập (nhưng trước khi
cuộc gọi được trả lời) thì MSC gửi bản tin Âm hiệu (Alerting) đến MS. MS
sẽ phát ra Âm chuông (Ring tone).
Khi thuê bao được gọi trả lời thì MSC gửi bản tin Kết nối (Connect) đến
MS gọi. MS gọi trả lời bằng bản tin Báo nhận kết nối
(Connect_Acknowledgment). Cuộc gọi được thiết lập.
Hình sau biểu diễn quá trình Kết nối cuộc gọi cho Cuộc gọi từ máy di động:
Hình 23: Quá trình Kết nối cuộc gọi cho Cuộc gọi từ máy di động.
Cấp phát kênh muộn hay Thiết lập cuộc gọi Off Air (Off Air Call
Set-Up):
Cấp phát kênh muộn hay Thiết lập cuộc gọi Off Air (Off Air Call Set-Up:
OACSU) là một giải pháp sẵn có trong BSS, tư tưởng của giải pháp là mạng
gán kênh lưu lượng TCH chỉ khi thuê bao được gọi trả lời cuộc gọi. Giải
pháp này cải thiện hiệu suất của thuật toán cấp phát kênh lưu lượng TCH bởi
vì các cuộc gọi không thành công sẽ không chiếm bất kỳ tài nguyên kênh
lưu lượng TCH nào. Tính năng này được điều khiển bởi MSC.
79
Thực tế cách thức mà giải pháp này thực hiện là bản tin Âm hiệu
(Alerting) lớp 3 được gửi bởi MSC sau khi bản tin Tiếp tục cuộc gọi
(Call_Proceeding) đã được gửi. MS sau đó sẽ bắt đầu Pha đổ chuông
(Ringing Phase). Bản tin Yêu cầu gán kênh (Assignment_Request) không
được gửi bởi MSC cho đến khi thuê bao được gọi trả lời. Các thông tin lớp 3
khác được trao đổi giữa MSC và BSC diễn ra sau khi MS gửi bản tin Hoàn
thành gán kênh (Assignment_Complete) đến MSC.
Khi tính năng OACSU được sử dụng MS có thể sẽ cung cấp các âm tần
cục bộ đến thuê bao (trong Cuộc gọi từ máy di động) trong suốt pha đổ
chuông bởi vì hiện tại kênh lưu lượng TCH chưa sẵn sàng cho các âm tần
hoặc các thông báo trong băng được gửi.
Tính năng này có ảnh hưởng lên hệ thống là làm tăng khả năng chuyển
giao trong (từ kênh SDCCH sang kênh SDCCH) được khởi tạo bởi BSS
trong khi thủ tục Gán kênh thông thường (Normal Assignment) được khởi
tạo bởi MSC.
2.2.3. Call Set Up cho Cuộc gọi đến máy di động: (Mobile Terminated Call)
Một cuộc gọi từ NSS đến MS có thể là một cuộc gọi được định tuyến
thông qua NSS từ thuê bao gọi (calling party) hoặc một cuộc gọi được khởi
tạo bởi NSS để quản lý sự di động.
Tiến trình thiết lập cuộc gọi cho Cuộc gọi đến máy di động thực hiện
các thủ tục cơ bản tương tự như các thủ tục của Cuộc gọi từ máy di động. Do
đó phần này chỉ mô tả các thủ tục mà có sự khác biệt.
80
Hình sau đây biểu diễn thủ tục Thiết lập kết nối vô tuyến cho Cuộc gọi đến
máy di động:
Hình 24: Thủ tục Thiết lập kết nối vô tuyến cho Cuộc gọi đến máy di động.
2.2.3.1. Thiết lập kết nối vô tuyến: (Radio and Link Establishment)
Tìm gọi (Paging):
Trước khi BSS thiết lập liên kết báo hiệu MS phải được tìm gọi. Thủ tục
tìm gọi này được khởi tạo bởi MSC. MSC gửi bản tin Tìm gọi (Paging) đến
BSC đang điều khiển Vùng định vị (Location Area), là vùng mà từ đó MS
thực hiện thủ tục Cập nhật vị trí (Location Update) lần sau nhất. Bản tin này
được gửi theo phương thức không kết nối (connectionless) và bao gồm:
Số nhận dạng MS (là số TMSI hoặc IMSI của MS được tìm gọi).
81
Một danh sách các chỉ số Cell, chỉ ra các Cell mà ở đó Yêu cầu tìm
gọi được gửi đến. Có thể là tất cả các Cell hoặc một nhóm các Cell.
MSC khởi động một đồng hồ để đợi bản tin Trả lời tìm gọi
(Paging_Response) từ MS.
BSC kiểm tra bản tin Tìm gọi (Paging) và nếu hợp lệ thì nó tính toán
Nhóm tìm gọi của MS (Paging Group) và Khe thời gian của kênh CCCH
cho Nhóm tìm gọi.
BSC gửi bản tin Lệnh tìm gọi (Paging_Command) đến mỗi một BTS chỉ
ra TMSI hoặc IMSI, Nhóm tìm gọi và Số hiệu kênh.
Mỗi BTS định dạng thông tin và phát quảng bá bản tin Yêu cầu tìm gọi
(Paging_Request) trên kênh Tìm gọi PCH (Paging CHannel).
MS lắng nghe các bản tin được gửi đến Nhóm tìm gọi của nó. Khi nó
nhận được một bản tin tìm gọi chứa Số nhận dạng MS trùng với chính nó thì
nó gửi bản tin Yêu cầu kênh (Channel_Request) trên kênh RACH đến BTS,
chỉ ra rằng bản tin yêu cầu này là để trả lời bản tin Yêu cầu tìm gọi
(Paging_Request).
BSS sau đó thực hiện thủ tục Thiết lập kết nối vô tuyến như đã được trình
bày ở phần Cuộc gọi từ máy di động.
*)Chú ý: Khi MS gửi khung SABM nó cũng chỉ ra rằng kết nối là để trả
lời bản tin Yêu cầu tìm gọi (Paging_Request). Để hiểu rõ hơn tham khảo
thêm phần Tìm gọi (Paging).
2.2.3.2. Nhận thực và Mật mã hoá: (Authentication & Ciphering)
Hệ thống xử lý Nhận thực và Mật mã hoá cho Cuộc gọi đến máy di
động theo cách thức tương tự như cho Cuộc gọi từ máy di động.
82
2.2.3.3. Gán kênh thông thường: (Normal Assignment)
Thủ tục Gán kênh thông thường cho Cuộc gọi đến máy di động được
khởi tạo bởi MSC. Thủ tục này được biểu diễn trong hình dưới đây:
Hình 25: Thủ tục Gán kênh thông thường cho Cuộc gọi đến máy di động.
MSC gửi bản tin điều khiển cuộc gọi lớp 3 là Thiết lập (Set_up) đến
MS, chỉ ra các dịch vụ mang và dịch vụ xa được sử dụng cho cuộc gọi. MSC
có thể chỉ ra nhiều hơn một dịch vụ mang.
83
MS kiểm tra bản tin này. Nếu nó có thể chấp nhận cuộc gọi nó gửi
bản tin Xác nhận cuộc gọi (Call_Confirmation), bản tin xác nhận này có thể
chứa thông số Khả năng dịch vụ mang chỉ ra dịch vụ mang nào là thích hợp.
BSS thực hiện thủ tục Gán kênh và Xử lý lớp Vật lý. Thủ tục này đã
được mô tả trong phần Gán kênh thông thường cho Cuộc gọi từ máy di
động. Khi kênh lưu lượng TCH được cấp phát thì MS báo hiệu cho thuê bao
và gửi bản tin Âm hiệu (Alerting) đến MSC. Khi thuê bao trả lời thì MS gửi
bản tin Kết nối (Connect) đến MSC. MSC gửi bản tin Báo nhận kết nối
(Connect_Acknowledgment) đến MS và kết nối cuộc gọi.
Tất cả các bản tin trên đều là các bản tin Điều khiển cuộc gọi lớp 3 và
là trong suốt đối với BSS.
Cấp phát kênh muộn hay Thiết lập cuộc gọi Off Air (Off Air Call
Set-Up):
Nếu tính năng OACSU được sử dụng thì tạo ra khả năng là ngay hiện thời
mặc dù thuê bao được gọi đã trả lời cuộc gọi nhưng kênh lưu lượng TCH
vẫn chưa được mạng cấp phát (ví dụ trong trường hợp cuộc gọi được xếp
hàng). Trong trường hợp này MS có thể sẽ cung cấp các âm tần đến thuê bao
đang trả lời, vì vậy thuê bao không treo máy trước khi thủ tục Gán kênh
thông thường hoàn tất.
--------------------------- *** -----------------------------
84
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Thư viện Alex của Ericsson.
2. BSS System Description của Alcatel.