Thiết lập cuộc gọi trong mạng di động như thế nào?

Các bản tin báo hiệu trong việc thiết lập một cuộc gọi:

1. Cuộc gọi thuê bao di động gọi thuê bao cố định: 

+ Giả thiết MS hoạt động rỗi và người sử dụng MS muốn thiết lập một cuộc gọi. Thuê bao này sẽ quay tất cả các chữ số của thuê bao B và bắt đầu thủ tục này bằng cách ấn phím "phát" khởi đầu một tin báo " Yêu cầu  kênh" từ MS tới BSS. Điều này được thực hiện bằng việc BSS này chỉ định một kênh  điều khiển riêng (DCCH) và một kênh báo hiệu giữa MS và BSS được thiết lập.

+ Tin báo "Yêu cầu dịch vụ" được gửi tới MSC, và sau đó tiếp tục được chuyển đến VLR. VLR sẽ tiến hành quá trình nhận thực nếu MS trước đây được đăng kí ở VLR này - nếu không phải vậy, VLR sẽ lấy các thông số nhận thực từ HLR.

+ Nhận thực thuê bao (tuỳ chọn) diễn ra bằng cách sử dụng tin báo nhận thực và các thuật toán mật mã và nếu nhận thực thành công thì việc thiết lập cuộc gọi có thể tiếp tục. Nếu mật mã được sử dụng, nó được bắt đầu vào thời gian này.

+ Tin báo "Thiết lập" được gửi tới MSC cùng với thông tin về cuộc gọi (loại cuộc gọi, số được gọi ...). Tin báo này hướng từ MSC tới VLR.

+ MSC có thể khởi đầu việc kiểm tra IMEI của MS (xem liệu có phải là MS bị đánh cắp hay không?).

+ Trong việc trả lời tin báo  "Thiết lập" (được gửi ở bước  4), VLR gửi tin báo "Cuộc gọi hoàn thành" tới MSC, MSC sẽ thông tin cho MS "Phương thức tiến hành cuộc gọi".

+ Sau đó MSC chỉ định một kênh lưu lượng tới BSS ("Lệnh chỉ định"), BSS này lại ấn định một kênh lưu lượng trên giao diện vô tuyến. MS trả lời tới BSS (BSS này lại trả lời tới MSC) với tin báo "Hoàn thành địa chỉ".

+ Một tin báo "Địa chỉ đầu và địa chỉ cuối - IFAM" (Initial Final Address Message) được gửi tới PSTN. Rung chuông được sử dụng ở MS trong việc trả lời cho báo chuông, mà MSC gửi tới MS khi PSTN trả lời với một tin báo "Hoàn thành địa chỉ - ACM" (Address Complete Message).

+ Khi PSTN trả lời "Trả lời - ANS" (Answer), tin báo "Đấu nối" được hướng tới MS từ MSC, dừng rung chuông tới MS. Sau đó, MSC nối một kênh lưu lượng GSM tới mạch PSTN, như vậy việc đấu nối lưu lượng đầu cuối đến đầu cuối đã hoàn thành.

2. Cuộc gọi thuê bao cố định gọi thuê bao di động:

+ Một  "Tin báo địa chỉ bắt đầu và kết thúc" C7 đến GMSC. MS được gọi sẽ được nhận dạng bằng số MSISDN của nó.

+ Sử dụng tin báo "Gửi thông tin định tuyến" cùng với MSISDN của MS, GMSC yêu cầu thông tin định tuyến từ HLR. Nó hướng tin báo kèm theo TMSI của MS tới VLR. VLR này cung cấp Nhận dạng vùng định vị LAI của vùng định vị mà MS hiện thời đang ở  đó. Thông tin yêu cầu sẽ cho phép GMSC nhận dạng MSC mà IFAM phải được định hướng tới.

+ VLR trả lời bằng tin báo "Khẳng định thông tin định tuyến" mà hiện tại được gắn với  một MSRN. MSRN này hoặc vừa mới được lấy ra từ nguồn chung của các MSRN của nó hoặc vừa mới được liên kết với MS bị gọi. GMSC bây giờ sẽ gửi một IFAM tới MSC mà phục vụ vùng chứa MS, cùng với số lưu động của thuê bao di dộng (MSRN).

+ MSC "khách" sau đó sẽ yêu cầu thông tin thiết lập cuộc gọi từ VLR  ("Gửi thông tin cho thiết lập cuộc gọi").

+ Trả lời của VLR là tin báo "Nhắn tin" quay trở lại MSC, nó chứa thông tin  được yêu cầu. Sau đó MSC gửi yêu cầu nhắn tin tới MS qua BSS.

+ MS trả lời và yêu cầu 1 kênh điều khiển riêng (DCCH) từ BSS ("Yêu cầu kênh") và kênh báo hiệu ở giao diện vô tuyến được thiết lập. Một khi đã được thiết lập, kênh DCCH này mang "Trả lời nhắn tin" tới BSS mà chuyển tiếp nó tới VLR qua MSC.

+ Thuê bao MS được nhận thực và chế độ mật mã được thiết lập (tuỳ chọn). Tin báo "Cuộc gọi hoàn thành" sau đó được gửi tới MSC từ VLR. Nó sẽ được chuyển tiếp tới MS qua BSS như tin báo "Thiết lập".

+ MS gửi tin báo "Khẳng định cuộc gọi" tới MSC. Tin báo này chỉ ra MS có khả năng nhận một cuộc gọi và MSC gửi một tin báo "Tin báo hoàn thành  địa chỉ - ACM" tới GMSC mà chuyển tiếp nó tới PSTN. Thuê bao mặt đất bây giờ sẽ nghe thấy chuông rung.

+ Sau đó, MSC ấn định một kênh lưu lượng tới BSS ("Lệnh chỉ định"), mà đến lượt mình BSS lại chỉ định một kênh lưu lượng trên giao diện vô tuyến. MS trả lời tới BSS (BSS trả lời tới MSC) với tin báo hoàn thành việc chỉ định. Bây giờ MS rung chuông, gửi tin báo "Báo chuông" tới MSC như một sự khẳng định.

+ Khi thuê bao GSM trả lời, MS gửi tin báo "Đấu nối" tới MSC. MSC khẳng  định nó ("Khẳng  định  đấu nối") và gửi "Trả lời  - ANS" tới GMSC và PSTN. Âm chuông của thuê bao mặt đất tắt, GMSC và MSC nối kênh lưu lượng GSM và mạch PSTN với nhau.

+ Việc đàm thoại diễn ra trong suốt thời hạn của cuộc gọi.

3. Quá trình thiết lập cuộc gọi cho các thuê bao cùng mạng

Bước 1: Yêu cầu cấp kênh

MS khởi đầu cuộc gọi bằng việc gửi bản tin channel-request trên kênh RACH với nội dung: nguyên nhân thiết lập cuộc gọi + 1 REF (Random Access Information Value) + 1 RAND (được dùng cho nhận thực).

Các lý do thiết lập có thể có trong REF (7 trường hợp):

* Cuộc gọi khẩn.

* Cuộc gọi yêu cầu tái thiết lập.

* Trả lời bản tin tìm gọi.

* Cuộc gọi thoại của thuê bao chủ gọi.

* Cuộc gọi dữ liệu của thuê bao chủ gọi.

* Cập nhật vị trí.

* Cuộc gọi dịch vụ (vd SMS )

Trong mỗi bản tin channel-request, MS còn gửi kèm số ngẫu nhiên và số khung. Những số này giúp MS nhận ra bản tin được phúc đáp từ BSS trên kênh AGCH – kênh được giám sát bởi nhiều MS. MS sẽ giải mã tất cả những bản tin trên kênh này, và chỉ nhận một bản tin có số ngẫu nhiên và số khung phù hợp với một trong 3 bản tin yêu cầu được gửi đi ngay trước đó.

MS sẽ tiếp tục gửi bản tin channel-request cho đến khi nào nhận được phúc đáp. Nếu không nhận được phúc đáp nào trước khi truyền một số Retries, MS sẽ :

Hiển thị một bản tin báo lỗi mạng cho tất cả các loại cuộc gọi ngoại trừ cuộc gọi cập nhật vị trí.

Tiến hành chọn tự động lại các cuộc gọi cập nhật vị trí. Có nghĩa là MS nỗ lực truy nhập ngẫu nhiên ở một cell khác.

Bước 2: Khi nhận bản tin channel-request từ MS, BTS sẽ gửi cho BSC 1 bản tin channel-required. Bản tin này chứa số ngẫu nhiên của MS và khoảng định thời do BTS đưa ra. BSC sẽ kiểm tra bản tin channel-required để đảm bảo nó có thể chấp nhận yêu cầu hay không. BSC sẽ kiểm tra xem có kênh SDCCH nào rỗi hay không, nếu còn nó sẽ cấp cho MS một kênh SDCCH. Phần mềm quản lý tài nguyên của BSC chỉ định kênh D trên nền kênh lưu lượng có nhiều kênh D rỗi nhất. Điều này nhằm đảm bảo tải được trãi đều trên tất cả các kênh lưu lượng.

Bước 3: Sau đó, BSC sẽ gửi cho BTS bản tin channel-activation. Đồng thời thiết lập một timer để đợi báo nhận (acknowledgement) từ BTS, báo cho biết BTS sẵn sàng kích hoạt kênh. Bản tin channel-activation bao gồm:

·        Mô tả kênh D được dùng.

·        Khoảng định thời.

·        Lệnh điều khiển công suất cho MS và BTS. Công suất MS và BTS đạt đến mức tối đa có thể trong cell.

Bước 4: BTS khởi tạo nguồn tài nguyên lớp vật lí và lập giải pháp tranh chấp LAPDm (nhằm tránh trường hợp 2 MS kết nối đến cùng 1 kênh D) sẵn sàng cho bản tin MS đầu tiên trên kênh D, sau đó gửi BSC bản tin channel_activation_ack. BSC sẽ dừng khoảng thời gian bảo vệ.

Bước 5: Quá trình ấn định tức thì :

BSC tạo và gửi BTS bản tin immediate_assign_command tóm tắt các thông tin trong bản tin channel¬_activation. Bản tin này cũng bao gồm số ngẫu nhiên và số khung củaMS gọi yêu cầu đáp ứng của BSC. Nó cũng hướng dẫn BTS xác định (inform) MS đã yêu cầu ấn định kênh D. BSC kích khởi khoảng thời gian chờ MS trả lời.

Bước 6: Tiếp đó BTS gửi cho MS bản tin immediate_assignment trên kênh AGCH.

MS kiểm tra số ngẫu nhiên và số khung trong bản tin này xem có hợp với một trong 3 bản tin channel_request mà nó gửi đi gần đây nhất không, nếu đúngMS sẽ chuyển sang kênh D dành riêng này và đặt TA của mình vào value indicate trong bản tin immediate-assignment.

Bước 7: Thiết lập mode cân bằng bất đồng bộ (set asynchronous balanced mode)

Mạng dựa vào bản tin này để quyết định các thủ tục thoả thuận cuộc gọi nào được yêu cầu và có ấn định kênh lưu lượng hay không.

Bước 8: Establish Indication

BTS gửi bản tin establish-indication đến BSC để báo MS đã kết nối. BSC chấm dứt khoảng thời gian bảo vệ, trích thông tin trong CM và khởi tạo kết nối SCCP với MSC.

Bước 9: Kết nối SCCP :

BSC gửi bản tin SCCP-connection-request đến MSC.

Bước 10: MSC trả lời bằng bản tin SCCP- connection-confirm. Bản tin này có thể chứa 1 yêu cầu CM hoặc 1 lệnh mật mã. Đường báo hiệu được thiết lập giữa MS và MSC.

Bước 11: Khi quá trình thiết lập kết nối vô tuyến thành công, giữa MS và mạng có 1 đường báo hiệu. Nếu cuộc gọi yêu cầu 1 kênh lưu lượng để liên lạc (communicate) với thuê bao bị gọi, MS sẽ gửi 1 bản tin setup. Bản tin này sẽ chỉ ra loại dịch vụ yêu cầu (tele hay bearer) và số thuê bao bị gọi. Thông tin này được truyền xuyên qua BSS. Bản tin này có thể chứa nhiều hơn 1 thành phần dịch vụ bearer, và một thông số cho biết thuê bao có thể yêu cầu thay đổi yêu cầu dịch vụ (in-call modification) trong suốt cuộc gọi.

Bước 12: MSC gửi MS 1 bản tin call_proceeding. Bản tin này cho biết MSC đã nhận các thông số cuộc gọi, và các nổ lực thiết lập kết nối với called party là under way.

Bước 13: Yêu cầu kênh

MSC bắt đầu ấn định kênh lưu lượng bằng cách gửi BSC bản tin assignment-request và lập 1 timer để giám sát đáp ứng từ BSC.

BSC kiểm tra bản tin phải chứa 1 loại kênh (kênh lưu lượng là thoại hay dữ liệu và tốc độ dữ liệu). Bản tin này cũng chứa classmarkMS mà BTS dùng đến trong trường hợp chưa nhận được classmark từ MS.

Bản tin assignment-request có thể chứa 1 danh sách codec, giving, tính hợp lệ của các mức ưu tiên, loại codec hay dùng (vd, loại hỗ trợ kênh thoại toàn tốc tăng cường). Trong trường hợp này,BSC sẽ kiểm tra danh sách được cung cấp bởi cell và chọn ra loại codec ưu có thể dùng cho cả BTS và MS.

Nếu BSC tìm thấy 1 lỗi trong bản tin assignment-request, nó sẽ gửi bản tin assignment-failure. Nếu không phát hiện ra lỗi nào, nó sẽ bắt đầu quá trình ấn định thông thường hướng đếnMS.

Bước 14: Kích hoạt kênh lưu lượng

BSC gửi BTS bản tin physical-context-request để chỉ ra công suất và timing advance hiện thời của MS trên kênh SDCCH.

Bước 15: BTS đáp ứng bằng bản tin physical-context-confirm chứa các thông tin liên quan. Nếu không có sẵn kênh nào, hàng đợi được cho phép, cuộc gọi được xếp vào hàng đợi.

Bước 16: BSC gửi BTS bản tin channel-activation với nội dung :

·        Mô tả kênh lưu lượng được sử dụng.

·        Timing advance MS được áp dông.

·        Thuật toán mật mã và khoá mật mã (giống như ấn định SDCCH)

·        Chỉ số truyền gián đoạn cho hướng lên (không sd) và hướng xuống.

·        Công suất MS sử dụng.

·        Công suất BTS sử dụng.

·        BSC khởi tạo 1 timer, và đợi BTS báo (ack) nó đã kích hoạt kênh.

 

Bước 17a,17b: BTS kích khởi nguồn tài nguyên kênh lưu lượng, lập mã mật, gửi TA và thông tin công suất cho MS trên kênh SACCH – kênh kết hợp với kênh TCH và được MS giám sát thường xuyên. Cùng lúc, BTS gửi BSC bản tin chanel-activation-acknowledge.

Bước 18: BSC sẽ ngưng khoảng timer của nó và gửi MS bản tin assignment-command trên kênh SD. Bản tin này hướng dẫn MS chuyển sang kênh lưu lượng.

Bước 19: Khi nhận bản tin assignment-command, MS sẽ không kết nối lớp vật lý và thực hiện giải phóng kết nối LAPDm của kênh SD.

Sau đó MS thiết lập kết nối LAPDm (qua SABM trên kênh FACCH) cho kênh lưu lượng.

Bước 20,21: BTS gửi BSC bản tin establish-indication. Đồng thời cũng lập chuyển mã (transcoder) và thuật toán phát hiện lỗi kết nối vô tuyến của nó. BTS gửi MS 1 báo nhận ở lớp 2.

Bước 22: MS gửi BSC bản tin assignment-complete.

Khi nhận bản tin establish-indication, BSC thiết lập đường chuyển mạch tài nguyên giữa giao diện Abis được ấn định và trên giao diện A. Khi nhận bản tin assignment-complete,BSC sẽ gửi MSC bản tin assignment-complete và bắt đầu giải phóng kênh SD.

Bước 23: Kết nối cuộc gọi :

Khi việc kết nối với thuê bao bị gọi được thiết lập (nhưng trước khi thuê bao bị gọi trả lời), MSC sẽ gửi MS 1 bản tin alerting. MS sẽ phát ra 1 ring tone (hồi âm chuông).

Bước 24: Khi thuê bao bị gọi trả lời, MSC gửi MS bản tin connect. MS đáp ứng bằng bản tin connect-acknowledgement. Cuộc gọi được thiết lập.