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短消息管理
SS:
补充业务管理
CC:
呼叫管理
MM:
移动管理
LAPD:
D信道的链路接入规程
BTSM:
BTS管理部分
MTP:
消息传送部分
SCCP:
信令连接和控制部分
BSSMAP:
BSS管理应用部分
DTAP:
直接传递应用部分
2.2物理层
物理层主要负责物理数据单元的无错传送。
在物理层上,定义了传输路径上的电气特性。
在一般系统中,BTS与MS之间的Um接口的物理层采用无线路径,在BTS与BSC之间的Abis接口的物理层采用在不均衡的75Ω同轴电缆或120Ω双绞线上的2048bps的CEPT数据流。
2.3链路层
在链路层上,主要功能有:
帧传递、无错传送以及通过物理层实现两连接实体之间的比特传送。
在链路层上的任务主要是建立、维持和释放两连接实体之间的连接。
在GSM中,BTS与MS之间的Um接口的数据链路层通过LAPDm(Dm信道的链路接入规程)实现;
BTS与BSC之间的Abis接口的数据链路层通过LAPD(D信道的链路接入规程)实现。
2.4网络层
网络层主要用于建立端到端的连接,并实现寻址和选择路由功能。
在网络层上,它主要负责通过一个任意的网络拓扑结构从目的地取得消息。
在GSM中,网络层可以被分为三个子层:
CM层(连接管理层)、MM层(移动管理层)和RR层(无线资源层)。
无线资源层(RR)为移动管理层(MM)提供了一些服务,无线资源层的主要作用包括建立、维持、释放物理连接(比如无线的业务和控制信道)。
无线资源层的一些主要功能在BSC中实现,但部分功能在BTS中实现。
移动管理层(MM)主要用于在网络中的用户设备的注册和用户的鉴别,移动管理层的功能在MSC一侧实现。
连接管理层(CM)是GSM信令模型中的最高一层,这个我们可以从它在信令模型中的位置可以很清楚的看到(在MSC和MS的信令模型结构的最高层)。
在GSM系统中,无线资源层是与用户之间一个基本的接口。
连接管理层又可以被分为三个子层:
CC(呼叫控制),主要负责呼叫的建立、维持和释放;
SS(补充业务);
SMS(短消息业务)。
3.各层信令在BSS系统中的作用
3.1无线资源层(RR)
无线资源层(RR)主要负责无线资源的管理和分配。
无线资源层的消息从BTS传送至MS上相应的层,虽然这些消息在Abis接口上出现,但是它们可能包含在更低层的结构中。
下面我们来看看在RR层上的一些消息,具体如表1:
编号
消息名
1
部分释放(PartialRelease)
2
信道释放(ChannelRelease)
3
部分释放完成(PartialReleaseComplete)
4
信道模式修改(ChannelModeModify)
5
RR状态(RRStatus)
6
重定义频率(FrequencyRedefinition)
7
测量报告(MeasurementReport)
8
级别更新(ClassmarkChange)
9
信道模式修改证实(ChannelModeModifyACK)
10
系统消息1(SystemInformation1)
11
系统消息2(SystemInformation2)
12
系统消息3(SystemInformation3)
13
系统消息4(SystemInformation4)
14
系统消息5(SystemInformation5)
15
系统消息6(SystemInformation6)
16
寻呼响应(PagingResponse)
17
切换失败(HandoverFailure)
18
指配完成(AssignmentComplete)
19
切换命令(HandoverCommand)
20
切换完成(HandoverComplete)
21
指配命令(AssignmentCommand)
22
指配失败(AssignmentFailure)
23
加密模式完成(CipherModeComplete)
24
加密模式命令(CipherModeCommand)
25
扩展立即指配(ImmediateAssignmentExtended)
26
立即指配拒绝(ImmediateAssignmentReject)
27
附加指配(AdditionalAssignment)
28
立即指配(ImmediateAssignment)
表1RR层的消息列表
3.2移动管理层(MM)
移动管理层(MM)在MS和MSC中实现。
移动管理层(MM)主要用于在网络中的用户设备的注册和用户的鉴别,在其它处理中,MM参与到位置更新、鉴权、TMSI再分配等过程中。
下面我们来看看在MM层上的一些消息,具体如表2:
IMSI分离指示(IMSIDetachIndication)
位置更新接收(LocationUpdateAccept)
位置更新拒绝(LocationUpdateReject)
位置更新请求(LocationUpdateRequest)
鉴权拒绝(AuthenticationReject)
鉴权请求(AuthenticationRequest)
鉴权响应(AuthenticationResponse)
识别请求(IdentityRequest)
识别响应(IdentityResponse)
TMSI再分配命令(TMSIReallocationCommand)
TMSI再分配完成(TMSIReallocationComplete)
CM业务接收(CMServiceAccept)
CM业务拒绝(CMServiceReject)
CM业务请求(CMServiceRequest)
CM重建立请求(CMRe-EstablishRequest)
MM状态(MMStatus)
表2MM层的消息列表
3.3呼叫控制(CC)
在一般的呼叫建立过程中,在Abis接口上生成消息的最后一层是在连接管理层(CM)中的子层呼叫控制(CC)中实现的。
呼叫控制主要负责呼叫的建立、维持和清除。
在CM中的其它两个子层是SS(补充业务)和SMS(短消息业务)。
下面我们来看看在CC子层上的一些消息,具体如表3:
提醒(Alerting)
呼叫进程(CallProceeding)
进展(Progress)
建立(Setup)
连接(Connect)
呼叫证实(CallConfirmed)
紧急建立(EmergencySetup)
连接证实(ConnectACK)
用户信息(UserInformation)
修改拒绝(ModifyReject)
修改(Modify)
修改完成(ModifyComplete)
拆链(Disconnect)
释放完成(ReleaseComplete)
释放(Release)
停止DTMF(StopDTMF)
停止DTMF证实(StopDTMFACK)
状态查询(StatusEnquiry)
开始DTMF(StartDTMF)
开始DTMFACK(StartDTMFACK)
开始DTMF拒绝(StartDTMFReject)
阻塞控制(CongestionControl)
状态(Status)
通报(Notify)
表3CM层中CC子层的消息列表
3.4BTS管理层(BTSM)
BTS管理层(BTSM)主要负责控制BTS的一些操作。
从RR层来的消息要发送到MS,必须要以一定的消息类型来发送,这个消息类型就是BTSM中的数据请求消息;
同样,从MS来的第三层要发送到BTS,也必须要以一定的消息类型来发送,这个消息类型就是BTSM中的数据指示消息。
下面我们来看看在BTSM层上的一些消息,具体如表4:
数据请求(DataRequest)
数据指示(DataIndication)
错误指示(ErrorIndication)
建立请求(EstablishRequest)
建立证实(EstablishConfirmation)
建立指示(EstablishIndication)
释放请求(ReleaseRequest)
释放证实(ReleaseConfirmation)
释放指示(ReleaseIndication)
单元数据请求(UnitDataRequest)
单元数据指示(UnitDataIndication)
BCCH信息(BCCHInformation)
CCCH负载指示(CCCHLoadIndication)
信道请求(ChannelRequest)
删除指示(DeleteIndication)
寻呼命令(PagingCommand)
立即指配命令(ImmediateAssignmentCommand)
短消息广播请求(SMSBroadcastRequest)
RF资源指示(RFResourceIncication)
SACCH拥塞(SACCHFilling)
过载(Overload)
错误报告(ErrorReport)
信道激活(ChannelActivation)
信道激活证实(ChannelActivationACK)
信道激活非证实(ChannelActivationNACK)
连接失败(ConnectionFail)
去活SACCH(DeactivationSACCH)
加密命令(EncryptionCommand)
29
切换检测(HandoverDetect)
30
测量结果(MeasurementResult)
31
模式修改请求(ModeModifyRequest)
32
模式修改ACK(ModeModifyACK)
33
模式修改NACK(ModeModifyNACK)
34
物理上下文请求(PhysicalContextRequest)
35
物理上下文证实(PhysicalContextConfirmation)
36
RF信道释放(RFChannelRelease)
37
MS功率控制(MSPowerControl)
38
BTS功率控制(BTSPowerControl)
39
预处理配置(PreprocessConfigure)
40
预处理测量结果(PreprocessedMeasurementResult)
41
RF信道释放证实(RFChannelReleaseACK)
表4BTSM层的消息列表
3.5BSS应用层(BSSAP)
BSSAP层被分为两部分:
BSS管理应用部分(BSSMAP)和数据直传应用部分(DTAP)。
其中,BSSMAP部分负责MSC与BSS之间的通讯,DTAP部分负责MSC与MS上的MM层和CM层之间的消息传递。
DTAP消息将会在CM和MM部分进行处理。
对于BSSMAP消息,由于大多数消息仅仅用于MSC与BSC之间的通信,或在传递至BTS或MS之前已经被BSC改变了消息格式,因此,这部分消息将不会在Abis接口上看到。
下面我们来看看在BSSAP层上的一些消息,具体如表5:
指配请求(AssignmentRequest)
切换请求(HandoverRequest)
切换要求(HandoverRequired)
切换请求证实(HandoverRequestACK)
切换执行(HandoverPerformed)
切换候选小区问询(HandoverCandidateEnquiry)
切换候选小区响应(HandoverCandidateResponse)
切换请求拒绝(HandoverRequiredReject)
切换检测(HandoverDetection)
清除命令(ClearCommand)
清除完成(ClearComplete)
清除请求(ClearRequest)
SAPIn清除命令(SAPInClearCommand)
SAPIn清除完成(SAPInClearComplete)
SAPIn拒绝(SAPInReject)
复位(Reset)
复位证实(ResetACK)
跟踪调用(TraceInvocation)
复位电路(ResetCircuit)
复位电路证实(ResetCircuitACK)
阻塞(Block)
阻塞证实(BlockACK)
解闭(Unblock)
解闭证实(UnblockACK)
资源请求(ResourceRequest)
资源指示(ResourceIndication)
寻呼(Paging)
加密模式命令(CipheringModeCommand)
级别修改(ClassmarkUpdate)
加密模式完成(CipheringModeComplete)
队列指示(QueuingIndication)
完成L3消息(CompleteL3Informaion)
表5BSSAP层的消息列表
3.6LAPD协议
LAPD用于BTS与BSC之间的Abis接口上的链路层。
LAPD消息一般由一些固定的帧组成,而且这些帧都会形成它自己的帧结构以便在消息传递双方传递数据。
LAPD上的帧结构有三种:
信息帧、监视帧、未编号帧。
下面我们来看看在GSM中LAPD用到的一些帧类型,具体如表6:
说明
信息帧,用于用户数据交换
准备接收I帧
不准备接收I帧
拒绝,要求退回到N(R)
请求建立逻辑连接
不能建立或保持逻辑连接
未编号信息帧,用于非证实方式信息传送
拆除逻辑连接
对SABME或DISC的认可响应
报告收到了不能接收的帧
交换标识,用于连接管理
表6LAPD命令和响应帧
控制段编码
12345678910111213141516
N(R)
P
P/F
N(S)
10000000
10100000
10010000
110
000
010
001
101
O
1111
1100
1110
I:
信息帧S:
监视帧U:
未编号帧
响应
RR(ReceiveReady)
RNR(ReceiveNotReady)
REJ(Reject)
DM(DisconnectedMode)
UA(UnnumberedAcknowledge)
FRMR(FrameReject)
命令
I(Imformation)
SABME(SetAsnchronousBalanceExfendedMode)
UI(UnnumberedInformation)
DISC(Disconnected)
XID(ExchangeIdentification)
3.6.1SABME帧
当建立LAPD连接时,SABME帧一般是第一个被传递的帧。
当发送完SABME帧之后,开始多帧证实模式。
当接收端收到SABME帧以后,以前没有被证实的帧将会被忽略。
DISC帧被用于停止多帧的证实模式。
3.6.2UA帧
当收到SABME帧或DISC帧以后,接收端将发送一个UA帧作为响应,以告诉发送端,刚才发送的SABME帧或DISC帧已经被接收端接收。
3.6.3I帧
当接收方已经被证实以后,I帧被用于传送信息帧。
在I帧中,也可以包含一些先前接收帧的证实。
3.6.4RR帧
RR帧主要用于指示让接收端准备去接收一个I帧,同样,RR帧也可以对先前接收帧进行证实。
3.6.5UI帧
UI帧主要用于发送一些不需要接收端进行证实的消息帧。
比如在LAPDm上的系统消息的广播就是一个UI帧。
3.6.6SAPI&
TEI
对每一层而言,都采用它的低层提供的业务去完成它自身的任务;
同时,它又为它的高层提供业务。
层与层之间的业务通过业务接入点(SAP)来实现。
业务接入点指示(SAPI)由6个比特组成,它指示了在单元接入数据链路中的接收实体的地址。
在数据链路的两端(BTS和BSC)采用相同的SAPI值。
下面看一下SAPI的一些具体含义:
SAPI=0无线信令
SAPI=3短消息业务
SAPI=62操作与维护、建链
终端设备识别(TEI)由7个比特组成,它指示了接入一条链路的地址。
由于在大唐的DM系列基站设备中,采用了6个TRX共用一条LAPD链路的方式。
因此,简单起见,采用TEI=TRX号。
4.移动主叫流程
图3移动主叫流程图
4.1信道要求
MS通过动态地在RACH信道(随机接入信道)上发送一个随机接入脉冲向一个(BTS)基站收发信台申请一条信道。
在信道请求消息中包括了建立的原因,这个原因可能是“寻呼响应”、“紧急呼叫”、“移动主叫”、“短消息业务”或“其他”,比如“位置更新”。
此外,这条消息还包括随机参数,移动台(MS)随机的选5个比特作为随机参数。
这些参数的作用是:
当两个移动台同时接入网络时,网络能运用这些参数来区分这些移动台。
4.2信道请求
基站收发信台向基站控制器发一条申请信道消息。
通过这条消息,基站收发信台进一步向基站控制器传递由移动台发起的信道请求。
实际上,信道请求消息中除了包含信道要求消息中的一些消息外,还包括通过基站收发信台加入的一些消息。
请求参考单元直接从信道要求消息中来,初始时间提前量(接入延迟)由基站收发信台加入到这条消息中去。
4.3信道激活
收到从基站收发信台发来的信道请求消息后,基站控制器开始按照一定的条件为此次呼叫寻找和分配SDCCH信道,同时基站控制器向基站收发信台发送一条信道激活消息。
其中最重要的是:
分配给哪个基站收发信台以及此SDCCH的信道组合。
此消息中包含的参数有:
DTX控制、信道的ID(识别)、信道描述和移动分配、移动台和基站的最大功率电平、基站控制器计算的有关此次接入的初始时间提前量等。
4.4信道激活证实
这是对信道激活消息的应答。
当基站收发信台收到这条消息后,它开始在SACCH信道发送和接受消息。
4.5立即指配命令
基站控制器告诉基站收发信台关于被使用的SDCCH信道。
4.6立即指配
基站分系统通过AGCH信道告知移动台有关使用的SDCCH信道的情况。
实际上,这条消息是一条从网络向移动台发送的从AGCH信道转到先前定义的SDCCH信道工作的指令。
在这条消息中,包括的参数有:
寻呼模式、SDCCH信道描述、随路SACCH、跳频,如果应用了跳频,则还应包括请求参考(与建立原因相同)、初始时间提前量和频率分配。
4.7CM业务请求
移动台向网络发送CM业务请求,目的是为连接管理子层实体申请一项服务,比如,电路交换连接建立、补充业务激活或短消息传送。
4.8CM业务请求(建立指示)
基站收发信台通过返回建立指示消息确认立即指配命令。
建立指示消息有两种用途。
首先,建立指示消息从基站收发信台的角度出发,指出移动台目前正在SDCCH信道上。
这样,基站收发信台向基站控制器发一消息,指示现在移动台的CM业务请求正在所描述的这种SDCCH信道上传送。
另外,基站收发信台将识别这一连结并把接收到的第3层的消息加入到这条消息中。
4.9CM业务请求
这条CM业务请求消息被送往移动交换中心。
4.10UA
当在LAPDm协议中建立第2层级别链路时,UA是正常情况下第2层级别的确认。
4.11鉴权请求
作为CC(连接证实)消息,移动交换中心发送一条鉴权请求消息给BSC。
这条消息包括随机数RAND。
4.12鉴权请求
BSC通过BTS把消息传送给MS。
4.13鉴权响应
MS以带符号的响应SRES来响应鉴权请求。
鉴权响应通过BTS被送往BSC。
在MS鉴权过程中,使用两种算法A3和A8。
这些算法和32位数字密钥被存储在SIM卡中。
当网络申请移动台的鉴权
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