GSM信令系统讲稿

2020/2/181GSM系统信令接续流程曹巍2020/2/182主要内容本文以MS发起的主叫通话为例，说明在GSM系统中，实现一次通话所需的信令接续过程。以应用层（L3）的三层连接（RR、MM、CC）为构架，对L3的通信过程进行分析，介绍每条信令中的一些主要参数以及该信令在通话过程中所起的作用。2020/2/183GSM信令分层RRAirInterfaceRR'LapDBTSMLapDAbisInterfaceRRBSSMAPMSBTSBSCMSCBTSMAInterfaceMTPMTPSCCPLapDmLapDmSCCPBSSAPDTAPBSSMAPMMCCSSSMSCMMMCCSSSMSCM2020/2/184BSSAPBSSApplicationPartBSSMAPBSSManagementApplicationPartDTAPDirectTransferApplicationPartMMMobilityManagemertCMConnectionManagementCCCallControlSSSupplementaryServicesSMSShortMessageServicesSCCPSignallingConnectionControlPartMTPMessageTransferPartRRRadioResoursesBTSMBTSManagementLapDLinkAccessProtocolontheDchannelLapDmLinkAccessProtocolontheDchannelmodified2020/2/185GSM信令分层物理层：定义了传输路径上的电气特性。链路层：负责两个节点间链路的建立、保持、断开。网络层：负责路由选择。它又分为三个子层：–RR：无线资源管理。如无线信道的建立和释放、测量报告等–MM：移动性管理。如CM业务请求等。–CM：连接管理。GSM信令分层体系中的最高层，与用户接口。它又包括三个部分：CC：呼叫控制SS：附加业务SMS：短信息服务2020/2/186信令分层结构L1是协议模型最底层，提供物理媒介传输比特流所需的全部功能L2保证正确传递消息及识别单个呼叫。在GSM系统中，无线接口（Um）上的L1和L2分别是TDMA帧和LAPDm协议。在网络侧，Abis接口和A接口使用的L1均为E1传输方式，L2分别为LAPD和MTP协议。在Um接口，MS每次呼叫时都有一个L1和L2层的建立过程，在此基础上再与网络侧建立L3上的通信。2020/2/187网络层L3协议介绍－1RR管理涉及多个接口和实体，BSC与MSC之间的接口协议称为BSSMAP，BSS移动应用部分用以支持各种连接处理和切换过程其承载方式是A接口上的CCS7信令协议，BTS与BSC之间的协议称为RSM无线分系统管理，用于支持分配传输路径和测量报告处理，其承载方式是Abis接口上的LAPD信令协议，BTS与MS之间的协议称为RIL3-RR无线接口第三层RR协议，它只是整个第三层实体的一部分，用于支持无线连接处理和测量报告处理，其载体是Um接口上的LAPDm信令协议.2020/2/188网络层L3协议介绍－2对于MM和CM,BTS和BSC不对这类消息进行处理,涉及到MM和CM的设备主要是移动台以及HLR和MSC/VLR，我们把这类消息称为DTAP消息。通过A接口能够传递两类消息BSSMAP消息和DTAP消息，其中BSSMAP消息负责业务流程控制，需要相应的A接口内部功能模块处理。对于DTAP消息，A接口仅相当于一个传输通道从NSS到BSS侧DTAP消息被直接传递至无线信道，从BSS到NSS侧DTAP消息被传递到相应的功能处理单元，对A接口来说DTAP消息是透明的。2020/2/189建立RR连接-1RR的功能包括物理信道管理和逻辑信道的数据链路层连接等。在任何情况下，MS向系统发出的第一条消息都是CH－REQ（信道请求），要求系统提供一条通信信道，所提供的信道类型则由网络决定。CH－REQ消息在BSS内部进行处理。BSC收到这一请求后，根据对现有系统中无线资源的判断，分配一条信道供MS使用。该信道是否能正常使用，还需BTS作应答证实，Abis接口上的一对应答消息CHACT（信道激活）和CHACK（信道激活证实）完成这一功能。2020/2/1810网络准备好合适的信道后，就通知MS，由IMMASS（立即指配）消息完成这一功能。IM－MASS中，除包含CHACT中的信道相关信息外，还包括随机参考值RA、缩减帧号T、时间提前量TA等。RA值等于BSS系统收到的某个MS发送的随机值。T是根据收到CH－REQ时的TD－MA帧号计算出的一个取值范围较小的帧号。RA和T值都与请求信道的MS直接相关，用于减少MS之间的请求冲突。TA是根据BTS收到RACH信道上的CH－REQ信息进行均衡时，计算出来的时间提前量。建立RR连接-22020/2/1811建立RR连接-3IMMASS的目的是在Um接口建立MS与系统间的无线连接，即RR连接。MS收到IMMASS后，如果RA值和T值都符合要求，就会在系统所指配的新信道上发送SABM帧，其中包含一个完整的L3消息（MP－L3－INF）在SABM帧中，透明传输到MSC的L3消息是A接口的第1条L3消息。A接口上第1条消息传递完后，MS与系统之间就建立了RR连接，RR实体通知MM子层已进入专用模式。在专用模式下，MM子层和CC子层负责发送所有L2层上的消息。除了错误指示和释放本地链路以外，均由RR子层直接处理。2020/2/1812SABM介绍－1（um）SABM帧中包含一个完整的L3消息（MP－L3－INF），这条消息在不同的接口有不同的作用。在Um接口，SABM帧是LAPDm层上请求建立一个多帧应答操作方式连接的消息。系统收到SABM帧后，回送一个UA帧，作为对SABM帧的应答，表明在MS与系统之间已建立了一条LAPDm通路；另外，此UA帧的消息域包含同样一条L3消息，MS收到该消息后，与自己发送的SABM帧中相应的内容比较，只有当完全一样时，才认为被系统接受。2020/2/1813SABM介绍－2（abis）SABM帧中携带的L3消息中包含MS的IMSI，IMSI对每个MS是唯一的，这可保证在该信道上只有一个MS可接入系统。在Abis接口，这条消息是ESTIND（建立指示），用来通知已建立LAPDm连接，作为对IMMASS消息的应答。2020/2/1814SABM介绍－3（A）在SABM帧中，透明传输到MSC的L3消息是A接口的第1条L3消息。尽管A接口的MTP连接在通话前已经建立，但对每个呼叫，在L2还要建立一个SCCP的连接。L3消息包含在A接口上SCCP的请求建链消息（CR）中传递。如请求被允许，A接口的第1条下行消息将包含在SCCP层的连接证实（CC）帧中。对SCCP层来说，CR与CC的交换是源参考地址与目的参考地址的交换。在同样的信令点码下，不同的呼叫具有不同的源地址和目的地址。2020/2/1815建立MM连接－1正常情况下，要建立MM连接必须先有RR连接。在RR连接建立完成后，要进行鉴权和加密。对MS的身份识别及无线信道传输加密过程完成后，建立呼叫所需的MM连接已经建立，可以向更高层（CC子层）提供呼叫信息的传递功能。2020/2/1816建立MM连接－2在AU－THREQ（鉴权请求）中有两个参数：CIPKEYNo（加密键号）和AUTRAND（鉴权随机值）QCIPKEYNo与每个MS的密匙Kc相对应，由网络计算出来送到MS，目的是毋须调用AUTH过程，就可直接由MS的IMSI和CM－SERV－REQ中的CIPKEYNo参数得到Kc。ATURAND供MS计算鉴权响应值SRES。MS的SIM中存有4个与鉴权和加密相关的数据：鉴权算法A3、加密序列算法A8、加密算法A5和移动用户个人鉴权键Ki。其关系如下：Kc=A8（RAND，Ki），SRES=A3（RAND，Ki），加密数据流=A5（userdata，Kc）。SRES是MS对AUTHREQ的响应值，在AUTHRES中传递。网络中存储了与每个IMSI相对应的Ki值，网络根据计算出的SRES值和MS回送的SRES值，可对MS的身份进行鉴定。Kc用于鉴权后的加密过程，加密算法A5由网络指定，但MS必须支持该算法。在加密命令CIP－M-COM中，指出了每个MS支持的A5算法类型，还指定了MS的回送消息中是否包括IMEISV参数。2020/2/1817建立CC连接－1SETUP（建立）消息标志CC连接建立MS主叫：网络收到SETUP消息，若接受请求，就回送CALLPROC（呼叫处理），表明正在处理呼叫，主叫MS处于等待状态。网络开始寻找被叫用户，若被叫也是GSM系统用户，其接入网络的方式与主叫类似。不同点有：MS被叫：（1）被叫MS收到网络发出的PAGINC（寻呼）消息后，才会提出信道请求；（2）被叫MS在与网络建立CC连接时，先由网络发下行的SETUP消息，MS回送CALLCONF（呼叫证实）消息。在CALLPROC或CALLCONF后，网络与MS之间CC层的连接建立。2020/2/1818建立CC连接－2后续的CC层消息ALERT（振铃）、CONNECT（连接）及其应答消息，分别对应MS振铃和用户摘机动作。网络收到被叫的ALERT消息，再向主叫MS发送同样的ALERT消息，使主叫知道当前的通话接续状态，即通常打电话时听到的振铃声。收到振铃声后，主叫等待被叫摘机，该动作在信令接续上反映为CONNECT消息。完成对CONNECT消息的应答后，主被叫双方进入正常通话状态，直到通话结束。TCH的分配方式与IMMASS类似，不同点在于指配的发起是由MSC的ASSREQ（指配请求命令）开始的。BSC根据ASSREQ的信息，激活相应的无线信道，根据ASSREQ中指定业务的相应信息，确定该无线信道的类型。由CHACT指定无线资源，包括信道频率、时隙和跳频等内容。2020/2/1819GSM话务通路管理GSM系统业务的数据传递采用电路模式，在主叫与被叫之间有一条物理通路。建立这样一条通路有两个要求：（1）为通信的不同路由段分配一定的信道资源；（2）将各段信道连接在一起。信道资源包括Um接口的无线信道和A接口的PCM链路信道。无线信道由CHACT说明，A接口的地面信道由ASSREQ分配。各个信道的连接是一个接路过程。收到ASSREQ后，BSC将A接口的地面信道和Um接口的无线信道连接在一起。收到CONNECT后，MSC将A接口的地面信道和网络内使用的信道连接在一起。在MS内部也有类似的接路过程。主叫方收到ALERT消息后，接通内部的话音通路；被叫端的用户（GSM用户）在发送CON－NECT时，接通MS内的话音通路。2020/2/1820呼叫断续处理－1清除CC连接和MM连接当一方用户挂机时，开始清除通信连接。从L3的CC子层开始清除，最终到L1。以主叫MS先挂机为例。MS发送DISCONNECT（断开连接）消息，指明呼叫清除的发起端及清除原因。1.网络收到DISCONNECT后，停止所有的CC连接定时器，清除业务信道在网络中的连接，向MS发送RELEASE（呼叫释放），通知它网络正在释放CC层的连接。2.MS收到消息后，停止所有CC连接定时器，释放MM连接，向网络发送RELCMP，本身进入“NULL”（空闲）状态.在MS侧，L3的连接已经全部释放完毕，但MS不能自己拆除L2层的连接，要等待网络的释放命令。网络收到RELCMP（呼叫释放完成）后，释放MM连接，返回到“NULL”状态。2020/2/1821呼叫断续处理－2释放SCCP连接CC层和MM层的连接释放完毕后，网络启动SCCP连接的释放，释放及应答消息分别为CLRCOM（清除）和CLRCMP（清除完成）。2020/2/1822呼叫断续处理－3释放RR连接RR连接释放的目的是去活正在使用的专用信道，专用信道释放后，MS返回