GSM信令详解中文版.docx

GSM信令详解中文版.docx

《GSM信令详解中文版.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《GSM信令详解中文版.docx（46页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

GSM信令详解中文版

GSM无线子系统信令

目录

一、BSS系统中的信令应用3

二、BSS系统的信令模型4

四、各层信令在BSS系统中的作用8

四、移动主叫流程17

五、移动被叫流程33

七、位置更新流程50

八、小区内切换流程60

九、小区间切换流程64

十、外部切换流程69

十一、定向重试流程76

一、BSS系统中的信令应用

作为GSM移动通信系统，主要实现一种任何时间、任何地点、任何通信对象之间的通信。

那么在这样一个通信过程中，通信对象之间不仅要传送对通信对象有用的语音及数据，还包括一些信令。

在BSS系统中，涉及到的信令如图1，其主要内容有：

●七号信令（NO.7）：

在MSC和BSC之间传送；

●D信道的链路接入规程（LAPD）：

在BSC和BTS之间传送；

●Dm信道的链路接入规程（LAPDm）：

在BTS和MS之间传送。

图1BSS系统中的信令应用

二、BSS系统的信令模型

2.1概述

在GSM移动通信系统中，BSS系统的信令模型采用了一般的OSI七层协议中的低三层协议，从低到高依次包括：

●第一层（L1）：

物理层

●第二层（L2）：

链路层

●第三层（L3）：

网络层

BSS系统的信令模型如图2。

图2BSS系统信令模型

其中各层协议的含义如下：

LAP_Dm：

Dm信道的链路接入规程

RR：

无线资源管理

CM：

通信管理

SMS：

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）。

四、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：

编号

消息名

1

IMSI分离指示（IMSIDetachIndication）

2

位置更新接收（LocationUpdateAccept）

3

位置更新拒绝（LocationUpdateReject）

4

位置更新请求（LocationUpdateRequest）

5

鉴权拒绝（AuthenticationReject）

6

鉴权请求（AuthenticationRequest）

7

鉴权响应（AuthenticationResponse）

8

识别请求（IdentityRequest）

9

识别响应（IdentityResponse）

10

TMSI再分配命令（TMSIReallocationCommand）

11

TMSI再分配完成（TMSIReallocationComplete）

12

CM业务接收（CMServiceAccept）

13

CM业务拒绝（CMServiceReject）

14

CM业务请求（CMServiceRequest）

15

CM重建立请求（CMRe-EstablishRequest）

16

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：

编号

消息名

1

提醒（Alerting）

2

呼叫进程（CallProceeding）

3

进展（Progress）

4

建立（Setup）

5

连接（Connect）

6

呼叫证实（CallConfirmed）

7

紧急建立（EmergencySetup）

8

连接证实（ConnectACK）

9

用户信息（UserInformation）

10

修改拒绝（ModifyReject）

11

修改（Modify）

12

修改完成（ModifyComplete）

13

拆链（Disconnect）

14

释放完成（ReleaseComplete）

15

释放（Release）

16

停止DTMF（StopDTMF）（双音多频）

17

停止DTMF证实（StopDTMFACK）

18

状态查询（StatusEnquiry）

19

开始DTMF（StartDTMF）

20

开始DTMFACK（StartDTMFACK）

21

开始DTMF拒绝（StartDTMFReject）

22

阻塞控制（CongestionControl）

23

状态（Status）

24

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：

编号

消息名

1

数据请求（DataRequest）

2

数据指示（DataIndication）

3

错误指示（ErrorIndication）

4

建立请求（EstablishRequest）

5

建立证实（EstablishConfirmation）

6

建立指示（EstablishIndication）

7

释放请求（ReleaseRequest）

8

释放证实（ReleaseConfirmation）

9

释放指示（ReleaseIndication）

10

单元数据请求（UnitDataRequest）

11

单元数据指示（UnitDataIndication）

12

BCCH信息（BCCHInformation）

13

CCCH负载指示（CCCHLoadIndication）

14

信道请求（ChannelRequest）

15

删除指示（DeleteIndication）

16

寻呼命令（PagingCommand）

17

立即指配命令（ImmediateAssignmentCommand）

18

短消息广播请求（SMSBroadcastRequest）

19

RF资源指示（RFResourceIncication）

20

SACCH拥塞（SACCHFilling）

21

过载（Overload）

22

错误报告（ErrorReport）

23

信道激活（ChannelActivation）

24

信道激活证实（ChannelActivationACK）

25

信道激活非证实（ChannelActivationNACK）

26

连接失败（ConnectionFail）

27

去活SACCH（DeactivationSACCH）

28

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：

编号

消息名

1

指配请求（AssignmentRequest）

2

指配完成（AssignmentComplete）

3

指配失败（AssignmentFailure）

4

切换请求（HandoverRequest）

5

切换要求（HandoverRequired）

6

切换请求证实（HandoverRequestACK）

7

切换命令（HandoverCommand）

8

切换完成（HandoverComplete）

9

切换失败（HandoverFailure）

10

切换执行（HandoverPerformed）

11

切换候选小区问询（HandoverCandidateEnquiry）

12

切换候选小区响应（HandoverCandidateResponse）

13

切换请求拒绝（HandoverRequiredReject）

14

切换检测（HandoverDetection）

15

清除命令（ClearCommand）

16

清除完成（ClearComplete）

17

清除请求（ClearRequest）

18

SAPIn清除命令（SAPInClearCommand）

19

SAPIn清除完成（SAPInClearComplete）

20

SAPIn拒绝（SAPInReject）

21

复位（Reset）

22

复位证实（ResetACK）

23

过载（Overload）

24

跟踪调用（TraceInvocation）

25

复位电路（ResetCircuit）

26

复位电路证实（ResetCircuitACK）

27

阻塞（Block）

28

阻塞证实（BlockACK）

29

解闭（Unblock）

30

解闭证实（UnblockACK）

31

资源请求（ResourceRequest）

32

资源指示（ResourceIndication）

33

寻呼（Paging）

34

加密模式命令（CipheringModeCommand）

35

级别修改（ClassmarkUpdate）

36

加密模式完成（CipheringModeComplete）

37

队列指示（QueuingIndication）

38

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。

SABME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。

UA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。

I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。

RR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。

UI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。

SAPI&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。

四、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，AUC/VLR发送32位十进制随机数字给MS。

MS接着计算带符号的响应（SRES）并把它回送给VLR。

VLR把接收到的SRES和从先前AUC的鉴权组内部接收到的SRES作比较。

如果这些SRES相同，鉴权成功，MS可以继续呼叫。

你可以注意到，KI的前8个数字被用来鉴权和SRES算法，剩下的24个数字被保留用作密钥算法。

4.14鉴权响应

为了完成鉴权过程，从MS来的SRES的值在消息内部被送回VLR。

4.15加密模式命令

MSC要求BSC从无线通路开始加密。

假如网络想要在无线接口开始加密，需要在A接口发送消息。

如果网络使用加密，那么MS在接收到此消息以后开始加密。

4.16加密命令

BSC把加密消息储存到它的存储器中然后向BTS发送一个加密命令来发起加密模式操作。

4.17加密模式命令

BSS告知MS加密的初始，开始接收被加密模式。

4.18加密模式完成

MS确认加密命令。

4.19加密模式完成

如果加密被使用，那么这是在空中接口中的第一条加密的消息。

BSS确认加密命令，通知MSC移动台已经开始加密并开始以加密模式发送消息。

4.20TMSI再分配命令

TMSI再分配的目的是提供身份的保密性。

TMSI的再分配通常至少在每次位置更新时执行。

MSC通过发送TMSI再分配命令消息给MS发起TMSI再分配过程。

TMSI再分配命令消息包括TMSI与由网络分配的LAI的组合；或者如果正在使用的TMSI将被删除，就包括一个LAI和IMSI。

通常，通过应用加密模式的RR连接，TMSI再分配命令被送往MS。

4.21TMSI再分配命令

TMSI再分配命令被送到MS。

4.22TMSI再分配完成

当MS接收到TMSI再分配命令消息后，把LAI储存在SIM卡中。

如果接收到的身份识别是MS的IMSI，它就把先前储存的TMSI删除。

如果接收到的身份是TMSI，MS把它存储在SIM中。

在这两种情况下，MS将发送一条TMSI再分配完成消息给网络。

4.23TMSI再分配完成

TMSI再分配完成消息送往MSC。

4.24建立

在鉴