ĐỒ ÁN " ĐỒ ÁN " MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM -PHẦN 2"( CHƯƠNG 3 TỔNG QUAN VỀ BÁO HIỆU CCS7)
Tham khảo tài liệu 'đồ án " đồ án " mạng thông tin di động gsm -phần 2"( chương 3 tổng quan về báo hiệu ccs7)', luận văn - báo cáo phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả
Nguyễn Hà Dương - Lớp ĐTVT4 - Khoá 41 Đồ án tốt
nghiệp
PHẦN II
ỨNG DỤNG BÁO HIỆU SỐ 7 TRONG MẠNG GSM
CHƯƠNG 3
TỔNG QUAN VỀ BÁO HIỆU CCS7
3.1 Khái niệm chung về báo hiệu
Trong thông tin điện thoại, báo hiệu nghĩa là chuyển và hướng dẫn thông tin
từ một điểm tới điểm khác thích hợp để thiết lập, giám sát và giải phóng cuộc
gọi thoại.
Thông thường tín hiệu báo hiệu được chia làm hai loại : tín hiệu Báo hiệu
mạch vòng thuê bao và tín hiệu Báo hiệu giữa các tổng đài. Tín hiệu báo hiệu
giữa các tổng đài lại được chia thành tín hiệu Báo hiệu kênh liên kết (CAS), thí
dụ như tín hiệu báo hiệu ở kênh thoại ở trong băng) hoặc ở kênh liên kết gần với
kênh thoại, và tín hiệu Báo hiệu kênh chung (CCS), có nghĩa là tất cả các tín
hiệu Báo hiệu ở một kênh tách biệt với kênh thoại và kênh tín hiệu báo hiệu này
được dùng cho một số lớn các kênh thoại.
Tín hiệu báo hiệu
Thuê bao nối tới Tổng đài nối tới
tổng đài tổng đài
CAS CCS
Hình 3.1 Phân loại tín hiệu báo hiệu
Báo hiệu giữa các tổng đài :
Thông tin báo hiệu giữa các tổng đài bao gồm tín hiệu đường dây và tín hiệu
của bộ đăng ký. Các tín hiệu của bộ đăng ký được sử dụng trong thời gian thiết
lập cuộc gọi để chuyển giao địa chỉ và loại thông tin. Các tín hiệu đường dây
được sử dụng trong toàn bộ thời gian của cuộc gọi để giám sát trạng thái của
đường dây. Cho tới những năm 1960 tất cả các tín hiệu báo hiệu như vậy được
mang hoặc liên kết trực tiếp với kênh thoại. Kiểu báo hiệu truyền thống như thế
thường được gọi là báo hiệu kênh liên kết.
Tổng đài Tổng đài
25
Chiếm
Nguyễn Hà Dương - Lớp ĐTVT4 - Khoá 41 Đồ án tốt
nghiệp
Thừa nhận chiếm
Con số của B
B trả lời
Đàm thoại
Xoá ngược
Xoá thuận
3.2 Một số loại báo hiệu
3.2.1 Báo hiệu kênh liên kết (CAS : Channel Associated Signalling)
Một số thí dụ của hệ thống Báo hiệu kênh liên kết (CAS) :
1VF : Một tần số thoại (xung thập phân).
2VF : Hai tần số thoại (CCITT #4).
MFP : Xung đa tần (CCITT #5, R1).
MFC : Đa tần hoàn toàn (CCITT R2, LME MFC).
Tên của các hệ thống báo hiệu này cho thấy rằng hầu hết các cách phát tín
hiệu phổ biến là 8 dạng xung hoặc dạng tone (kết hợp của các tần số tone). Đặc
trưng của loại báo hiệu này là với mỗi kênh thoại có một đường tín hiệu báo
hiệu xác định rõ ràng : hoặc ở đường thoại, nghĩa là các tín hiệu được chuyển
giao ở kênh thoại, thí dụ như báo hiệu trong băng, hoặc ở kênh liên kết nghĩa là
các tín hiệu được chuyển giao ở kênh báo hiệu tách biệt, thí dụ như cách sắp xếp
đa khung ở PCM thì các tín hiệu đường dây được chuyển giao ở khe thời gian
thứ 16.
Tất cả các hệ thống báo hiệu này có một số hạn chế như : tương đối chậm,
dung lượng thông tin bị hạn chế.
3.2.2 Báo hiệu kênh chung (CCS :Common Channel Signalling)
26
Nguyễn Hà Dương - Lớp ĐTVT4 - Khoá 41 Đồ án tốt
nghiệp
Vào những năm 1960 khi những tổng đài được điều khiển đã lưu trữ được đưa
vào mạng điện thoại thì rõ ràng là khái niệm báo hiệu mới có thể đưa ra nhiều
ưu điểm hơn so với hệ thống báo hiệu truyền thống. Trong khái niệm báo hiệu
mới này, các đường truyền báo hiệu tốc độ cao giữa các bộ xử lý của các tổng
đài SPC được sử dụng để mang tất cả các báo hiệu còn các mạch thoại để mang
tiếng nói. Loại báo hiệu này được gọi là báo hiệu kênh chung (CCS). Báo hiệu
được thực hiện ở cả hai hướng, với một kênh báo hiệu cho mỗi hướng.
Thông tin báo hiệu sẽ được chuyển giao được tạo nhóm thành các khối tín
hiệu (gói số liệu). Bên cạnh những thông tin chỉ dành cho báo hiệu, cũng cần có
sự nhận dạng mạch thoại, thông tin địa chỉ (nhãn) và thông tin về điều khiển lỗi.
Các tổng đài điều khiển bằng chương trình đã lưu trữ (SPC) cùng với các kênh
báo hiệu sẽ tạo thành mạng báo hiệu chuyển mạch gói logic riêng biệt.
Hiện nay có hai loại tín hiệu chuẩn khác nhau cho báo hiệu kênh chung khả
dụng :
Hệ thống báo hiệu số 6 của CCITT, nó ra đời vào năm 1968. Hệ thống báo
hiệu kênh chung CCITT No 6 được thiết kế tối ưu cho lưu lượng liên lục địa, sử
dụng các đường dây Analog. Các đường truyền làm việc với tốc độ thấp 2,4
Kb/s với độ dài bản tin bị hạn chế và không có cấu trúc phân mức mà có cấu
trúc đơn. Vì những hạn chế trên nên hệ thống này không đáp ứng được sự phát
triển của mạng lưới.
Hệ thống báo hiệu số 7 của CCITT, nó được giới thiệu vào những năm
1979 / 1980 dành cho các mạng quốc gia và quốc tế, sử dụng các trung kế số.
Tốc độ truyền dẫn báo hiệu cao (64 Kbit/s). Trong thời gian này giải pháp phân
lớp trong giao tiếp thông tin đã được phát triển tương đối hoàn chỉnh, đó là hệ
thống giao tiếp mở OSI, và giải pháp phân lớp trong mô hình OSI này đã được
ứng dụng trong hệ thống báo hiệu kênh chung số 7. Hệ thống báo hiệu kênh
chung số 7 cũng có thể được sử dụng ở các đường dây Analog. Hệ thống báo
hiệu số 7 của CCITT không những được thiết kế để điều khiển thiết lập và giám
sát các cuộc gọi thoại mà còn cho các cuộc gọi của các dịch vụ phi thoại. Hệ
thống này có một số ưu điểm so với báo hiệu truyền thống.
Nhanh : trong hầu hết các trường hợp, thời gian thiết lập cuộc gọi giảm
dưới một giây.
Dung lượng cao : mỗi kênh báo hiệu có thể xử lý tín hiệu báo hiệu cho vài
nghìn cuộc gọi cùng một lúc.
Kinh tế : cần ít thiết bị hơn so với hệ thống báo hiệu truyền thống.
Tin cậy : nhờ sử dụng các tuyến báo hiệu xen, mạng báo hiệu có thể có độ
tin cậy cao.
27
Nguyễn Hà Dương - Lớp ĐTVT4 - Khoá 41 Đồ án tốt
nghiệp
Linh hoạt : hệ thống có thể chứa nhiều tín hiệu, có thể sử dụng cho nhiều
mục đích, chứ không chỉ cho điện thoại.
Do có nhiều ưu điểm như trên, nên hệ thống báo hiệu số 7 của CCITT được sử
dụng cho các dịch vụ viễn thông mới trong mạng như :
PSTN : Mạng chuyển mạch điện thoại công cộng.
ISDN : Mạng số liên kết đa dịch vụ.
IN : Mạng thông minh.
PLMN: Mạng thông tin di động mặt đất (đặc biệt là mạng di động số).
3.3 Hệ thống báo hiệu số 7 của CCITT
3.3.1 Các khái niệm cơ bản
3.3.1.1 Điểm báo hiệu
Điểm báo hiệu (SP-Signalling Point) là nút chuyển mạch hoặc xử lý trong
mạng báo hiệu có thể thực hiện các chức năng của hệ thống báo hiệu số 7 của
CCITT. Tổng đài điện thoại có chức năng như là điểm báo hiệu thì phải là tổng
đài loại điều khiển bằng chương trình đã lưu trữ SPC vì báo hiệu số 7 là thông
tin số liệu giữa các bộ xử lý. Tất cả các điểm báo hiệu trong mạng báo hiệu số 7
được nhận dạng bằng một mã duy nhất (14 bit) được gọi là mã của điểm báo
hiệu.
3.3.1.2 Kênh báo hiệu / Chùm kênh báo hiệu
Hệ thống báo hiệu kênh chung sử dụng các kênh báo hiệu (SL) để chuyển tải
thông tin báo hiệu giữa hai điểm báo hiệu. Về mặt vật lý, kênh báo hiệu bao
gồm kết cuối báo hiệu ở mỗi đầu của kênh và vài loại môi trường truyền dẫn
(thường là khe thời gian ở đường truyền PCM) đấu nối 2 kết cuối báo hiệu.
Một số các kênh báo hiệu song song đấu nối trực tiếp hai điểm báo hiệu với
nhau tạo thành chùm kênh báo hiệu.
3.3.1.3 Các phương thức báo hiệu
Phương thức báo hiệu là sự kết hợp giữa đường chuyển thông tin báo hiệu và
đường thoại (hoặc là đường số liệu) mà thông tin báo hiệu có liên quan tới. Có
hai phương thức báo hiệu là :
Phương thức báo hiệu kết hợp : các thông tin báo hiệu liên quan đến cuộc
gọi đi theo cùng đường với tín hiệu thoại giữa hai điểm kề nhau.
28
Nguyễn Hà Dương - Lớp ĐTVT4 - Khoá 41 Đồ án tốt
nghiệp
SP SP
Mối liên hệ báo hiệu
Chùm kênh báo hiệu
Hình 3.3 Phương thức báo hiệu kết hợp
Phương thức báo hiệu gần kết hợp : các thông tin báo hiệu liên quan đến
cuộc gọi được chuyển trên 2 hoặc nhiều chùm kênh báo hiệu ở tandem đi qua
một hoặc nhiều điểm báo hiệu khác với điểm báo hiệu nguồn và điểm báo hiệu
đích của thông tin báo hiệu. Các thông tin báo hiệu được chuyển trên tuyến khác
với tuyến thoại.
SP SP
STP STP
Mối liên hệ báo hiệu
Chùm kênh báo hiệu
Hình 3.4 Phương thức báo hiệu gần kết hợp
Các điểm báo hiệu mà thông tin báo hiệu đi qua được gọi là các điểm chuyển
giao báo hiệu (STP).
3.3.1.4 Các loại điểm báo hiệu
Điểm báo hiệu nơi mà thông tin báo hiệu được tạo ra được gọi là điểm nguồn.
Điểm báo hiệu nơi mà thông tin báo hiệu đi đến đích gọi là điểm đích.
Điểm báo hiệu nơi mà thông tin báo hiệu thu được trên một kênh báo hiệu và
sau đó chuyển giao cho các kênh khác mà không xử lý nội dung của tin báo thì
được gọi là điểm chuyển giao báo hiệu (STP).
Ở phương thức báo hiệu gần kết hợp, tin báo được chuyển qua một hoặc nhiều
STP trên đường từ điểm nguồn tới điểm đích.
3.3.1.5 Tuyến báo hiệu / Chùm tuyến báo hiệu
29
Nguyễn Hà Dương - Lớp ĐTVT4 - Khoá 41 Đồ án tốt
nghiệp
Tuyến báo hiệu là một đường đã được xác định trước để tin báo đi qua mạng
báo hiệu giữa điểm báo hiệu nguồn và điểm báo hiệu đích. Tuyến báo hiệu bao
gồm một chuỗi SP/STP và được đấu nối với nhau bằng các kênh báo hiệu. Tất
cả các tuyến báo hiệu mà thông tin báo hiệu có thể sử dụng để đi qua mạng báo
hiệu giữa điểm báo hiệu nguồn và điểm báo hiệu đích được gọi là chùm tuyến
báo hiệu cho mối quan hệ báo hiệu đó.
3.3.1.6 Các bản tin báo hiệu
Ở báo hiệu kênh chung, thông tin báo hiệu được truyền tải theo cách khác so
với các hệ thống báo hiệu truyền thống mà các tín hiệu được truyền tải ở dạng
xung, các tone, các mã tone ...
Ở Hệ thống báo hiệu số 7 (SS7) của CCITT, thông tin báo hiệu được truyền
tải ở các khối tín hiệu, tức là các gói các con số nhị phân (0,1) bố trí như là bản
ghi số liệu với các trường, trong đó các tổ hợp bit có ý nghĩa khác nhau. Thực
chất SS7 của CCITT là một dạng thông tin số liệu chuyển mạch gói.
Trong SS7 của CCITT có 3 loại đơn vị tín hiệu :
Khối tín hiệu tin báo (MSU - Message Signal Unit) chứa các thông tin báo
hiệu.
Khối tín hiệu trạng thái kênh (LSSU - Link State Signal Unit) được sử
dụng để điều hành các kênh báo hiệu.
Khối tín hiệu làm đầy FISU được sử dụng như là làm đầy các tín hiệu và
để chấp nhận.
Khuôn dạng của khối tín hiệu tin báo MSU.
Sửa F Bit thứ nhất
F CK SIF SIO LI
lỗi được phát
8n,
8 16 8 2 6 16 8
n>2
Khuôn dạng của khối tín hiệu trạng thái kênh LSSU.
Bit thứ nhất
C Sửa được phát
F SF LI F
K lỗi
8
8 16 hoặ 2 6 16 8
c 16
Khuôn dạng của khối tín hiệu thay thế FISU.
Sửa F Bit thứ nhất
F CK LI được phát
lỗi
30
Nguyễn Hà Dương - Lớp ĐTVT4 - Khoá 41 Đồ án tốt
nghiệp
8 16 2 6 16 8
Hình 3.5 Các đơn vị tín hiệu trong SS7 của CCITT
Ở hình trên :
F = cờ hiệu CK = kiểm tra
SF = trường trạng thái SIF = trường thông tin báo hiệu
SIO= octet thông tin dịch vụ LI = phần tử chỉ thị độ dài
3.3.1.7 Các khuôn dạng và mã tin báo
Đơn vị tín hiệu bao gồm một số trường. Một trường (ở MSU), đó là trường
thông tin báo hiệu (SIF - Signalling Information Field) phải làm việc với các
phần của người sử dụng, tất cả các trường khác chứa thông tin cho phần chuyển
giao báo hiệu (MTP). Trường thông tin báo hiệu chứa thông tin báo hiệu ở phần
của người sử dụng và nhãn hiệu.
Nội dung còn lại của các trường trong MSU như sau :
Octet thông tin dịch vụ (SIO - Service Information Octet) : chứa thông tin
thuộc về MSU của phần người sử dụng.
Phần chỉ thị độ dài (LI - Length Indicator) : chỉ thị số các octet trong các
trường giữa trường LI và trường CK. Điều này làm cho nó có khả năng phân
biệt giữa ba loại tín hiệu như sau :
LI = 0 là khối tín hiệu làm đầy FISU.
LI = 1 hoặc 2 là khối tín hiệu trạng thái kênh LSSU.
LI > 2 là khối tín hiệu tin báo MSU.
CK kiểm tra các bit để phát hiện các lỗi bit. Việc “sửa lỗi” bao gồm 4
trường, đó là : số trình tự thuận (FSN - Forward Sequence Number), số trình tự
nghịch (BSN - Backward Sequence Number), bit chỉ thị hướng thuận (FIB -
Forward Indicator Bit) và bit chỉ thị hướng nghịch (BIB - Backward Indicator
Bit). Những trường này được sử dụng trong các phương pháp sửa lỗi để kiểm
tra trình tự và yêu cầu phát lại.
Cờ F (Flag) chỉ thị sự bắt đầu và kết thúc tin báo.
31
Nguyễn Hà Dương - Lớp ĐTVT4 - Khoá 41 Đồ án tốt
nghiệp
Sửa Bit thứ nhất
F CK SIF SIO LI F được phát
lỗi
8 16 8n, 8 2 6 16 8
n>2
Thông tin của Nhãn
người sử dụng hiệu
TUP MTP
Hình 3.6 Khối tín hiệu tin báo
3.3.2 Mô hình OSI và SS7 của CCITT
3.3.2.1 Mô hình OSI
Mô hình tham khảo này cung cấp cấu trúc lý thuyết thuần tuý cho hệ thống
thông tin máy tính. Nó gồm 7 lớp phân cấp. Mô hình OSI đưa ra cách cấu trúc
để xác định các yêu cầu chức năng và kỹ thuật trong xử lý thông tin giữa các
người sử dụng.
Với mỗi lớp trong mô hình tham khảo có 2 loại tiêu chuẩn được tạo ra :
1. Xác định dịch vụ : xác định chức năng mỗi lớp sẽ có và các dịch vụ lớp
sẽ cung cấp cho người sử dụng hoặc cho lớp gần nhất trên nó.
32
Nguyễn Hà Dương - Lớp ĐTVT4 - Khoá 41 Đồ án tốt
nghiệp
2. Chỉ tiêu kỹ thuật của giao thức : xác định các chức năng như thế nào ở
một lớp trong một hệ thống tương tác và cấp tương ứng trong một hệ
thống khác.
User Part Người sử dụng
A System Hệ thống B
Application Ứng dụng
Presentation Trình bày
Session Phiên
Transportation Truyền tải
Network Mạng
Data Link Tuyến số liệu
Physical Vật lý
Mạch vật lý
Hình 3.7 Mô hình tham khảo OSI
Những ưu điểm của mô hình có cấu trúc kiểu này là giao thức trong một lớp
có thể được trao đổi mà không ảnh hưởng tới các lớp khác và việc thực hiện các
chức năng trong một lớp là tự do (tuỳ thuộc nhà cung cấp thiết bị). Mỗi lớp có
các chức năng đặc biệt của nó và cung cấp các dịch vụ cụ thể cho các lớp ở trên.
Một cách logic thì thông tin giữa các chức năng luôn xảy ra ở cùng mức theo
các thủ tục - các giao thức cho mức đó. Các chức năng ở cùng mức có thể hiểu
nhau.
Trong thực tế, dữ liệu không được truyền trực tiếp từ tầng thứ i của hệ thống
này sang tầng thứ i của hệ thống khác (trừ tầng vật lý). Mỗi tầng chuyển dữ liệu
33
Nguyễn Hà Dương - Lớp ĐTVT4 - Khoá 41 Đồ án tốt
nghiệp
và thông tin điều khiển xuống tầng ngay dưới nó, cứ thế tiếp tục cho tới tầng
thấp nhất của hệ thống tương ứng.
Ở hệ thống phát, giao thức ở mỗi lớp bổ sung thêm một số thông tin cho số
liệu thu được từ lớp trên. Việc bổ sung thường bao gồm một tiếp đầu.
Ở hệ thống thu, việc bổ sung được sử dụng và bỏ đi ở lớp tương ứng. Khi số
liệu đi tới lớp ứng dụng ở phía thu, nó chỉ có số liệu xuất phát ở lớp ứng dụng
và ở hệ thống phát.
Về vật lý, thông tin được chuyển giao từ lớp này đến lớp khác và mỗi lớp
được bổ sung hoặc cắt đi thông tin của giao thức. Thông tin chạy dọc theo các
lớp được gọi là dịch vụ gốc.
Mô tả các lớp trong mô hình OSI :
Lớp ứng dụng : lớp này cung cấp các dịch vụ hỗ trợ cho quá trình ứng
dụng của người sử dụng và điều khiển tất cả các thông tin giữa các ứng
dụng. Thí dụ có các giao thức để chuyển giao file, xử lý tin báo, lưu giữ,
khai thác và bảo dưỡng.
Lớp trình bày : lớp này xác định các số liệu được trình bày như thế nào, có
nghĩa là dùng ngôn ngữ cú pháp nào để thể hiện. Lớp trình bày chuyển đổi
cú pháp (ngôn ngữ) đã sử dụng ở các lớp ứng dụng thành cú pháp (ngôn
ngữ) phổ biến cần thiết cho thông tin giữa các ứng dụng.
Lớp phiên : lớp phiên thiết lập sự đấu nối giữa các lớp trình bày ở các hệ
thống khác nhau. Nó cũng điều khiển sự đấu nối, sự đồng bộ của cuộc thoại
và sự cắt cuộc thoại.
Lớp truyền tải :lớp này đảm bảo rằng các dịch vụ đảm bảo chất lượng theo
yêu cầu ứng dụng. Nó có các chức năng như : phát hiện lỗi, sửa lỗi. Lớp
truyền tải tối ưu hoá thông tin số liệu như ghép hoặc tách các luồng số liệu
trước khi chúng đi vào mạng.
Lớp mạng : Cơ sở dịch vụ của lớp mạng là cung cấp một kênh thông suốt
để truyền dẫn số liệu giữa các lớp truyền tải trong các hệ thống khác nhau.
Lớp này thiết lập, duy trì và giải phóng sự đấu nối giữa các hệ thống, xử lý
địa chỉ và định tuyến các mạch điện.
Lớp liên kết số liệu : Lớp liên kết số liệu (hay tuyến số liệu) cung cấp các
mạch điểm nối điểm không có lỗi giữa các lớp của mạng. Lớp này bao gồm
các nguồn để phát hiện lỗi, sửa lỗi, điều khiển và truyền tải.
Lớp vật lý : Lớp này cung cấp điện, cơ, các thủ tục và chức năng để hoạt
động, bảo dưỡng các mạch vật lý để truyền dẫn các bit giữa các lớp liên kết
34
Nguyễn Hà Dương - Lớp ĐTVT4 - Khoá 41 Đồ án tốt
nghiệp
số liệu. Lớp vật lý có chức năng biến đổi số liệu thành tín hiệu thích hợp với
môi trường truyền dẫn.
35
