GSM协议栈

1第十一章网络接入协议2一、ISDN(IntegratedServicesDigitalNetwork)又叫综合业务数字网，是由数字电话和电话载波提供的数据传输服务组成。ISDN立足于电话网络数字化，使得语音、数据、文本、图象、音乐和视频可以在现有的有线电话上传输。3•ISDN设备包括：－终端(terminal)－终端适配器(TerminalAdapters,TAs)－网络终止设备(Network-Terminationdevices)－线路终止装置(Line-TerminationEquipment)－交换终止装置(Exchange-TerminationEquipment)4注意：－TE1：TerminalEquipmenttype1,指的是专门的ISDN终端。通过一条4线的双绞线数字链接和ISDN网络相连。－TE2：TerminalEquipmenttype2,指的是非ISDN终端，如DTE。TE2通过一个适配器TA和ISDN网络相连。5•ISDN中的参考点～定义了功能组之间的逻辑接口。包括：－R：非ISDN设备和TA之间。－S：用户终端和NT2之间。－T：NT2和NT1之间。－U：NT1和一个载波网(carriernetwork)线路终止装置之间。图１１－１ISDN中设备和相关点之间的关系7•ISDN中的数据链路层协议LAPDLAPD,LinkAccessProtocolontheDchannel。该协议和HDLC(HighlevelDataLinkControl)相似：通过标记符来限制帧的边界、检错码、面向连接模式以及ARQ机制等。在某个时刻，在一条总线上的所有终端可以同时和网络建立多个连接，但是只有一台终端可以发送。每个终端都有一个地址TEI(TerminalEndpointIdentifier)可以识别。该地址可以是动态的，也可以是静态的。ISDN网络LAPDLAPD图１１－２ISDN中的LAPD协议9二、GSM中的协议栈GSM网络中，移动台中应用了全部的协议，而网络方面，协议的应用分散在不同的设备中。－第一层：和无线传输有关的所有方面－第二层：保证无线传输的稳定性－第三层：分为三个子层－CM：ConnectionManagement－MM：MobilityManagement－RR：RadioResource10空闲(idle)时，移动台一般不和MSC连接。为了通信，事先必须：－建立无线连接RR，目的是得到一条专用信道和网络联系；－为了保证专用信道上对话的稳定性，还必须和BTS之间建立一条第二层的连接；－建立无线连接MM，网络用来对移动台进行鉴权操作，然后允许移动台通信。Layer3physicalphysical图１１－３移动台和MSC间主要协议栈12三、移动台中的层结构•空中接口Um上的数据链路层数据链路层是基于LAPDm协议的。－所有的信令逻辑信道(除了FCCH信道、SCH信道和RACH信道外)都使用了LAPDm；－在单向信道(BCCH信道、PCH信道、AGCH信道)上，在第二层上传送的第三层消息既不用添加首部文件，也不用确认。第二层的开发仅仅是为了附和OSI；－在双向信道(SDCCH信道、FACCH信道、SACCH信道)上，使用了与LAPD协议相似的LAPDm协议。13１.LAPDm帧的格式－最大长度固定：23bytes(SDCCH信道FACCH信道)，或者21bytes(SACCH信道)；－没有限制帧的标记符，但是有个指出了帧中有效信息字节数的长度指示；－默认使用00101011作为填充字节；－1byte的地址域；－无检错码；FillingbitsInformationfieldLengthindicatorControlfieldAddressfield18234567bitbytenumber123423(21bytesonSACCH)图１１－４LAPDm帧的格式EA=1C/RSAPILPDSpare12345678EA:ExtendedAddress(≡1)C/R:Command/ResponseSAPI:ServiceAccessPointIdentifierLPD:LinkProtocolDiscriminator图１１－５地址域格式１ML12345678L:Length(0＜L≤18or0＜L≤20)M:More(0or1)图１１－６长度域格式1100F011UA1100P010DISC1100P000UI1111F000DM1111P001SABM未编号帧U0110P/FN(R)REJREJ0101P/FN(R)RNRRNR0100P/FN(R)RRRR监督帧S0N(S)PN(R)I信息帧I12345678ResponseCommand格式表１１－１控制域和LAPDm帧的种类SABM:SetAsynchronousBalancedModeR(N)R:Receive(Not)ReadyREJ:RejectDM:DisconnectmodeUI:UnnumberedInformationUA:UnnumberedAcknowledgementP/F:Polling/FinalN(S):TransmitterSendSequenceNumberN(R):TransmitterReceiveSequenceNumber18２.工作方式两种模式：－非连接模式－要求确认的连接模式(窗口为1)19３.多路复用第二层可以将多条数据流复用到同一条物理信道上。通过SAPI对它们进行区分，指出传输信息的内容，然后毫无差错地将它们送往相应的第三层。20４.LAPDm的应用在GSM的空中接口，SAPI的取值只能为0或者3。所有的信令消息被送往SAPI0，短消息服务使用SAPI3(包括语音和数据)。为了保证在MS和BTS间短消息传输的可靠性和快捷性，在SAPI3上总是使用连接模式的。是是是是是是是是连接连接非连接SAPI=3(短消息)SAPI=0(信令)辅助的SACCHFACCH辅助的SACCHSDCCH表１１－２SAPI和不同逻辑信道上LAPDm的应用22•空中接口的第三层－RR－MM－CM•CC•SS•SMS23１.第三层消息的一般结构各个子层间的关系类似于OSI参考标准的高层和低层间的关系，但是没有封装的过程。CM的消息可以透明地通过MM层和RR层。第三层消息的结构：－区分多个事物同时发生的事务标识符－指出消息来自哪个子层的协议辨别标记－消息类型－长度固定的必要消息元素－长度变化的必要消息元素－非必要消息元素InformationelementidentifierValue…ValueValue…ValueElementlengthInformationelementidentifierValue…ValueElementlengthValue…ValueElementlengthValue…ValueValue…ValueMessagetypeProtocoldiscriminatorTransactionidentifierDiscriminator=RR,MM,CC,SSorSMS长度固定必要的消息元素长度变化必要的消息元素非必要消息元素图１１－７空中接口第三层消息的简化结构25２.RR子层～负责无线连接。主要作用是建立一条专用信道以及越区切换后专用信道的重新连接。RR连接是介于MS和BSC之间的，在一个时刻只能有一条RR连接存在。26３.MM子层三个主要功能：－移动性管理－安全性管理－MM连接的管理MM连接是在CM的请求下(呼叫的发起或者短消息的发送)建立的。MM连接可以在CM请求的服务被接受后或者加密被激活后当作建立了。27四、Abis接口～在BTS和BSC中间，支持用户通信和信令的传输。大部分的信令消息在移动台和BSC或者MSC间交换：BTS起中继的作用。28•物理层包括两种信道：－话务信道：16或64kbps，相当于ISDN中的B信道－信令信道：16或64kbps，相当于ISDN中的D信道。管理MS-BSC间和MS-MSC间或者BSC-BTS间的信令交换。话务信道(≈B信道)信令信道(≈D信道)图１１－８Abis接口上的信道30•数据链路层～基于LAPD协议。Abis接口支持的消息类型有：－在移动台和网络之间交换的高层消息(如：信令消息)－监控和维护BTS的消息－BTS-BSC间数据链路管理的消息31特点：－与移动台有关的信令消息是在特殊的物理信道上完成交换的(不跳频时一个给定频率上的一个时隙)，该频率是由TRX管理的；－所有TRX共有的处理被融合到一个带有TEI(TerminalEquipmentIdentity)的BCF(BaseCommonFunction)功能；－(SAPI,TEI)可以指明有关消息的类型、TRX、BCF。空中信令业务和维护第二层链路管理空中信令业务和维护第二层链路管理业务和维护业务和维护第三层第二层第一层图１１－９Abis接口上SAPI和TEI的使用33•网络层两种类型的信令消息－非透明消息：包含BTS和BSC间命令，由BTSM(BTSManagement)层管理。－透明消息：在MS和BSC或MSC间交换，BTS只是简单的中继作用；34透明消息含有－消息类型：指出了空中接口上的传输是连接模式还是非连接模式(DATAREQUEST,UNITDATAREQUEST)；－信道号码：指出了无线信道上所用的时隙号(当多条信道复用在一个时隙上时)；－链路标识符：指出了传送消息的逻辑信道和空中接口上所用的SAPI；－第三层的消息：要在空中接口传输的第三层消息。TransparentmessageTransparentmessageUpperlayers图１１－１０Abis接口的分配功能AirinterfaceAbisinterface36五、A接口在信令方面的应用～位于BSC和MSC之间，使用SS7。MSC不但通过语音电路和不同的BSC相连，而且还和信令信道直接相连。37１.包含的协议：－MTP－SCCP－BSSAP38２.BSC和MSC之间转发的消息类型－被BSC直接翻译(interpreter)的、管理无线资源的消息(BSSMAP子层)；－在MSC和移动台之间交换的其它消息(DTAP子层)，BSC不对消息进行翻译。39３.BSSMAP(BSSManagementPart)协议～管理BSC-MSC间所有和无线资源管理有关的消息交换。两种类型的消息：－和BSC相关的消息－仅仅和专用信道相关的消息40和BSC相关的消息－将BSC和MSC之间有问题的语音链路隔离；－向BSC申请可用资源；－MSC或BSC的重新初始化；－在一个给定的位置区域广播寻找一移动台；－如果可能的话，要求BSC将通信从一个分配的蜂窝小区转移到给定的一组蜂窝小区。41和专用信道相关的消息－专用信道上，移动台的初始化消息；－TCH信道的分配；－越区切换的执行；－向加密模式转换；－专用信道的释放。42４.DTAP(DirectTransferApplicationPart)协议～管理MS和MSC之间通过BSC转发的消息交换。该协议一般工作在连接模式下，便于BSC确定要传输消息的无线信道。CMPh.LayerLAPDmRRMMMTP2MTP3CMMTP1BSSAPMMSCCPdistributionfunctionDTAPBSSMAPPh.LayerLAPDRR(+BTSM)MTP2MTP3MTP1SCCPdistributionfunctionDTAPBSSMAPBSSAPA接口Abis接口空中接口MSBSCMSC层间直接对话图１１－１１接口A的分配功能Content…MessagediscriminatorMessageoflayer3onradiocannel…DLCIMessagediscriminator00=不透明(BSSMAP)01=透明(DTAP)SAPIusedonlayer2图１１－１２A接口上第三层消息格式45六、语音的代码转换•TRAU：Transcoder/RateAdapt