5-GSM网络信令与协议

第5章GSM网络信令与协议雷宏江2重庆邮电大学通信与信息工程学院主要内容5.1信令协议概述（OSI+7号）5.5GSM的信令与协议5.5GSM接口上的具体协议5.4GSM的其它接口3重庆邮电大学通信与信息工程学院5.1信令协议概述4重庆邮电大学通信与信息工程学院移动网规模庞大、设备众多，而且其协议规范非常复杂，多厂商设备之间还存在互连互通的差异，因此网络配置的合理性和适应性有待提高；另一方面，由于移动网的“移动”特性，网络规划建设存在一定难度，如小区划分不仅会受到地形、环境影响，而且会受到用户、业务分布和需求变化等情况的影响，需要不断调整和优化5重庆邮电大学通信与信息工程学院为了进行网络维护和优化，需要对业务接入的汇聚节点、系统与系统之间乃至整个网络进行测试，通过测试获得从系统/设备到用户及其业务高层应用的全面和细致的特性，从中找出问题或者系统瓶颈点要找出移动通信系统中的存在的问题，必须深入的分析整个移动通信过程，必须对移动网信令及其相关协议有清楚的认识和理解，在这基础上，才能进行高层次的基于信令流程的GSM移动网维护与优化分析6重庆邮电大学通信与信息工程学院无线电损耗GSM信令与协议的相关知识就必须进行掌握，特别是无线空中接口中的3层信令是必须要有所了解的，下面就对整个GSM网络中的信令和协议进行简单讲解7重庆邮电大学通信与信息工程学院GSM是一个复杂的移动通信系统，其中传送的除了话音信息以外，还有大量的信令信息需要传送，为完成不同设备的互联，以及通讯接续过程，设备或各个子系统之间必须通过各种接口按照规定的协议实现互连，分散的设备需要相互配合才能完成某项任务，这样在执行任务时就需要交换信息，使通信网中的各种设备协调动作，因此各设备之间必须相互交流各设备状态的监视和控制信息，以说明各自的运行情况，提出对相关设备的接续要求，从而使各设备之间协调运行8在通信系统中把协调不同实体所需的信息，交换设备之间相互交换的信息必须遵守一定的协议和规则，这些协议和规则就称为信令信令系统指导系统各部分相互配合，协同运行，共同完成某项任务GSM系统中，信令消息具体体现在接口的协议和规范上，下面将从子系统互连和接口的分层模式来说明GSM系统中主要协议的结构和相互关系9接口与协议接口：两个相邻实体之间的连接点协议：说明连接点上交换信息需要遵守的规则，是各个功能实体之间共同语言两个实体之间通过接口传递特定的信息流，这种信息流必须按照规定的语言传递，双方才能相互理解一种协议在传递过程中要经过若干个接口，或者说同一个接口要用到多种协议10通信网络的OSI七层模型随着通信和计算机两大领域的互相渗透以及各种电信新业务的问世，电信网需要和许多智能数据终端相连，需要传送大量与电路无关的数据，包括各种复杂的网络管理和业务控制信息这就要求信令系统具有更大的灵活性和开放性，能够适应计算机通信和电信网智能化发展的需要11为了解决不同系统的互连问题，国际标准化组织（InternationalOrganizationforStandardization，ISO）于1977年提出了一种不基于特定机型、操作系统或公司的网络体系结构，即“开放系统互连参考模型”（OpenSystemInterconnection，OSI）OSI定义了异种机连网的标准框架，为连接分散的“开放”系统提供了基础，既任何两个遵守OSI标准的系统可以进行互连12OSIOSI采用分层结构化技术，将整个网络的通信功能分为7层，由低到高分别如下：物理层（PhysicalLayer）；数据链路层（DataLinklayer）；网络层（NetworkLayer）；传输层（TransportLayer）；会话层（SessionLayer）；表示层（PresentationLayer）；应用层（ApplicationLayer）13OSI是从逻辑上将功能分组，每一层完成一特定功能，功能类似或相关的归于一层，各层功能明确且易于管理；每一层的真正功能是为其上一层提供服务通信实体之间的通信是各层之间的通信，各层只和自己相同的层次进行信息交换14OSI模型各层的基本功能物理层：提供为建立、维护和拆除物理链路所需的机械的、电气的、功能和规程的特性；提供有关在传输介质上传输非结构的位流及物理链路故障检测指示数据链路层：为网络层实体提供点到点无差错帧传输功能，并进行流控制网络层：为传输层实体提供端到端的交换网络数据传送功能，使得传输层摆脱路径选择、交换方式、拥挤控制等网络传输细节；可以为传输层实体建立、维持和拆除一条或多条通信路径；对网络传输中发生的不可恢复的差错予以报告15OSI模型各层的基本功能传输层:为会话层实体提供透明的、可靠的数据传输服务，保证端到端的数据完整性；选择网络层能提供的最适宜的服务；提供建立、维护和拆除传输连接功能会话层:为彼此合作的表示层实体提供建立、维护和结束会话连接的功能完成通信进程的逻辑名字与物理名字间的对应；提供会话管理服务表示层:为应用层进程提供能解释所交换信息含义的一组服务，如代码转换、格式转换、文本压缩、文本加密与解密等16应用层:提供OSI用户服务，如语音、数据、文件的传送、电子邮件等应用功能模块数据组成：报头+DATA17OSI模型的主要特点1）、OSI参考模型定义的是一种抽象结构，它给出的仅是功能上和概念上的标准框架该模型与具体实现无关；2）、每层完成所定义的功能，对某一层功能的修改并不影响其他层；3）、不同系统的同层实体间使用该层协议进行通信（逻辑意义上的通信），只有最底层才发生直接数据传送；4）、同一系统内部相邻层实体间的接口定义了服务原语以及向上层提供的服务；185）、OSI参考模型本身并不引起网络通信，必须执行某个实现某层功能的协议时，才执行有形的网络通信只有协议才涉及某一层的实现描述因此，模型的最大作用是提出了功能划分原则，描述了网络通信所需的各种服务；6）、两种不同的协议可能隶属模型的同一层功能实现，但它们之间并不能协同工作，只有执行相同协议的实体才能彼此通信19七号信令信令的概念：为了在通信网中向用户提供通信业务，在网络内部要传送一些呼叫建立和呼叫释放等各种控制信号，这种以控制呼叫为主的网络协议成为信令通信网络中的信令一般有：把来自主叫的和被叫的状态及号码信息传给交换机；在交换机内部传送信令；在交换网上传送信令消息20信令的方式：随路信令CAS作业；共路信令CCS作业；No.7系统属于共路信令系统，也就是信令信道和业务信道完全分开，在公共的数据链路上以消息的形式传送所有中继线和所有通信业务的信令信息，这是共路信令系统的基本特征21七号信令系统由一个公共的消息传递部分（MessageTransferPart，MTP）和若干个用户部分（UserPart，UP）组成MTP提供一个可靠的传递系统，保证两个不同地点UP之间传递的信令消息无差错、不丢失、不错序、不重复MTP的功能是在只负责各信令点之间正确无误的传送信令消息，不负责消息内容的检查和解释，用户部分则是为各种不同电信业务应用设计的功能模块，负责信令的生成、语法检查、语义分析和信令过程控制它们体现了No.7信令系统对不同应用的适应性和可扩充性22No.7信令消息实际上就是通信网上各节点，比如交换机控制处理器之间通信的数据分组，在信令链路上以分组交换的原理传送信令，因此No.7信令网本质上为数据通信网，是一种特殊的分组交换网，它形成了一个独立的七号信令网23重庆邮电大学通信与信息工程学院5.2GSM网络接与协议24GSM的接口2526Um接口是MS与BTS之间的接口对于移动通信来说，大部分的信令都是和MS相关移动台虽然只和BTS有接口，但发往BTS和从BTS发往MS的信令消息中还包括了MS与GSM网中其他设备之间的通信信息，即要在无线接口上传输各种不同的协议物理层建立在无线信道上链路层为LAPDm网络层协议称为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无线接口三层信令包含无线资源管理（RadioResource，RR）、移动性管理（MobilityManagement，MM）和连接管理（ConnectionManagement，CM）三个子层27Abis-接口Abis接口是BTS与BSC接口Abis接口的物理层是PCM传输Abis接口的链路层是以LAPD(GSM08.56)协议传送信息Abis接口的网络层是以基站管理层（BTSManagement，BTSM）和RR进行控制的BTSM用于支持分配传输路径和测量报告处理，其承载方式是LAPD信令协议28A-接口A接口是BSC与MSC之间的通信接口，MSC通过该接口连接MS此接口传递的信息包括移动台管理、基站管理、移动性管理、呼叫处理等功能A接口的物理层是数字传输2048Kbit/S的传输A接口的数据链路层基于No.7信令系统MTP2A接口的网络层由MTP3和SCCP共同组成A接口在用户部分上传送的是基站子系统应用层（BaseStationSubsystemApplicationPart，BSSAP）协议和Um3层信令BSSAP用以支持各种连接处理和切换过程，BSSAP消息的传送是以SCCP为载体的29B-接口VLR与MSC之间的接口因为MSC一般和VLR合设，因此该接口一般为MSC的内部接口B接口用于MSC向VLR询问MS当前位置信息，或者通知VLR更新MS的当前位置信息，或者用于补充业务的操作等30C-接口MSC与HLR之间的接口使用MAP信令，实际上是内置于MSC的VLR，通过此接口和HLR之间进行数据更新，查询等对移动用户数据的操作，从而使PLMN网络始终能跟踪用户的实际位置，把呼叫送达MS31D-接口VLR与HLR之间的接口该接口用于交换有关移动台位置信息及用户管理的信息为保证移动用户在整个服务区内能够建立和接受呼叫，则必须要在VLR与HLR之间交换数据如VLR需要告知HLR其所属的移动用户当前的位置信息；HLR需要把所有与VLR有关的业务数据发送给VLR；如果移动用户所在的VLR区域已经发生改变，HLR还需要删除移动用户在先前漫游VLR中的位置信息；另外，用户对所使用业务的修改请求（如补充业务操作）及运营者对用户数据的修改都要通过D接口交换数据利用MAP信令传送信息32E-接口MSC与MSC之间的接口控制相邻区域不同的MSC之间进行切换的接口当MS在一个呼叫进行过程中，从一个MSC控制的区域移动到另一个MSC控制的区域时，为不中断通信需执行切换过程，而E接口正是用于MSC之间交换数据以启动和实现切换操作该接口使用MAP、TUP或ISUP信令33F-接口MSC与EIR之间的接口当MSC需要检查IMEI的合法性时，需要通过F接口与EIR交换与IMEI有关的信息传送的是MAP信令34G-接口VLR与VLR之间的接口当移动用户漫游到新的VLR控制区域并且采用TMSI发起位置更新，此接口用于当前VLR从前一个VLR取得IMSI及鉴权集35通常，使用的GSM系统结构一般把VLR和MSC集成在同一实体内，大多数厂商的交换机都采用这种结构相应的，B接口变成内部接口；C接口和D接口可以走同一物理连接；E接口和G接口可以走同一物理连接在GSM系统中，信令消息在不同的接口有不同的形式，也就是有不同的信令协议，其中一个重要原因就是迁就已经存在的标准比如无线接口上的LAPDm协议就是从LAPD修改而来36GSM系统中层次结构和协议37物理层无线接口的最低层，提供传送比特流所需的物理链路（例如无线链路），为高层提供各种不同功能的逻辑信道，包括业务信道和逻辑信道，每个逻辑信道有它自己的服务接入点Um接口的物理层建立在无线信道上，也就是GSML1层其余接口的物理层建立在PCM传输上38链路层当数据通过物理层在收发之间进行传送时，需要把这些数据变成码流，而且提供一定的纠错能