第4章-GSM网络的信令与协议

第4章GSM网络的信令与协议信令是通信系统中不同设备之间交换的信息，是控制通信设备动作的信号。在通信网中，信令由网络的每一个节点来分析处理，由此，实现一系列的控制操作。所谓接口，就是两个相邻实体之间的连接点，而协议是说明连接点上交换信息时需要遵守的规则。两个实体要实现正常通信必须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，双方才能相互了解。因而，一种协议在传递过程中要经过若干个接口，而同一个接口也要用到多种协议。本章主要对GSM网络的信令与协议进行介绍，主要包括以下几方面的内容：信令系统；GSM协议集；无线接口信令协议；Abis接口的分层结构；A接口的分层结构。A接口的分层结构4.5MAP与INAP4.6信令系统4.1GSM协议集4.2无线接口信令协议4.3Abis接口的分层结构4.44.1信令系统信令在通信网中是个很重要的概念，简单地说它是一种机制，通过这种机制，构成通信网的用户终端以及各个业务节点可以互相交换各自的状态信息和提出对其他设备的接续要求，从而使网络作为一个整体运行。所以，信令是用户以及通信网中各个节点相互交换信息的共同语言，是整个通信网的神经系统，是通信网必不可少、非常重要的组成部分。1．通信网络的OSI七层模型国际标准化组织（InternationalOrganizationforStandardization，ISO）提出的“开放系统互连参考模型”（OpenSystemInterconnection，OSI）把通信过程分成一系列具有功能特征并可以写成操作标准的层。这些层的范围从第一层可感知的物理层一直到最高第七层的应用层，如图4-1所示。图4-1分层通信的OSI模型图4-2对等层通信的原语图4-3物理层SAP2．No.7信令系统No.7信令是国际化、标准化的通用公共信道信令系统，具有信道利用率高、信令传送速度快、信令容量大的特点，它不但可以传送传统的中继线路接续信令，还可以传送各种与电路无关的管理、维护、信息查询等消息，而且任何消息都可以在业务通信过程中传输。可支持ISDN、移动通信、智能网等业务的需要，由于其信令网与通信网分离，便于运行维护和管理，可方便地扩充新的信令规范，适应未来信息技术和各种业务发展的需要，是通信网向综合化、智能化发展的不可缺少的基础支撑。No.7信令系统遵循严格的等级关系，下一级为上一级服务，上一级不管其下层是怎样进行信息传递的，也就是所谓的透明传输，即通信双方的对等功能级一一对应，完成这一级别的信息传输和交换。（1）消息传递部分（MTP），MTP的主要功能是在信令网中提供可靠的信令信息的传送。①信令数据链路级MTP1②信令链路级MTP2③信令网功能级MTP3（2）用户部分（UP）图4-4No.7系统与OSI七层模型的对应关系3．ISDN的信道结构与用户接口协议ISDN的信道结构如图4-5所示，其中GSM系统用到的LAPD是D信道的链路层协议，其功能如下：（1）在同一D信道上建立一个或多个数据连接，并使它们相互独立地工作；（2）以帧为单位传送控制信息及用户信息，能进行帧的分界和定位，即实现收发间的同步，并保证信息的透明传送，保证接收的帧顺序和发送的帧顺序一致；（3）能进行差错控制和流量控制。另外，LAPD提供两种信息传输方式——非证实信息传输方式和证实信息输方式。图4-5用户网络接口协议结构4.2GSM协议集4.2.1GSM网络中的协议图4-6GSM网络中的协议4.2.2GSM系统的接口接口是指各组成单元之间的物理上和逻辑上的连接。NSS部分的B、C、D、E、F、G接口定义了相应功能单元之间的互连标准，各接口都采用了No.7信令系统，以便于实现国际漫游和通信网互连。BSS和MS两部分有A、Um、Abis接口等，其中A接口和Um接口具有统一和公开的标准，既便于设备制造和组网，也有利于各种ISDN业务的引入和功能发展，Abis接口是内部接口，目前还没有统一和公开的标准，所以BSC和BTS配置不能实现多厂家设备互连。1．Um接口Um接口是空中无线接口，是移动台（MS）和BTS之间的通信接口，用于移动台与GSM系统的固定部分之间的互通。2．Abis接口Abis接口为BSS系统的两个功能实体BSC与BTS之间的通信接口。3．A接口BSS部分与MSC之间的接口为A接口。4．B接口B接口为MSC与VLR之间的接口，它主要用于MSC向VLR询问有关移动台当前位置信息、通知VLR有关移动台的位置更新信息等，或者用于补充业务的操作等。5．C接口C接口是MSC与HLR之间的接口。6．D接口HLR与VLR之间的接口称为D接口，该接口主要用于交换位置信息和用户信息。7．E接口MSC与MSC之间的接口称为E接口，此接口用于移动台在呼叫期间从一个MSC区域移动到另一个MSC区域、为了通话的连续而进行的局间切换，以及两个MSC间建立用户呼叫接续时传递的有关信息。8．F接口MSC与EIR之间的接口为F接口，此接口在MSC检验移动台IMEI的合法性时使用。F接口使用MAP信令。9．G接口G接口是VLR之间的接口，当移动用户漫游到新VLR区域并以TMSI启动位置更新时，VLR使用G接口向前一个VLR获取该MS的IMSI和相应的鉴权信息。10．NSS或BSS与OMC之间的接口该接口是基于X.25的接口或No.7信令网的接口，执行TMNQ3协议。4.3无线接口信令协议图4-7无线空中接口Um图4-8无线Um接口三层结构1．物理层（L1）这是无线接口的最底层，用来提供传送比特流所需的物理链路（例如无线链路），它为高层提供各种不同功能的逻辑信道，包括业务信道和控制信道。2．链路层（L2）本层的主要目的是在移动台和基站之间建立可靠的专用数据链路，第二层的数据链路层协议基于ISDN的D信道链路接入协议（LAPD），因为在GSM规范中对它进行了修改，使它适合在无线路径上传播，因此在Um接口中的第二层协议被称为LAPDm。图4-9LAPD和LAPDm的帧结构3．网络层（L3）第三层是具体负责控制和管理的协议层，即把客户和系统控制过程的特定信息按一定的协议分组安排到指定的逻辑信道上。（1）无线资源管理（RM）（2）移动性管理（MM）（3）接续管理（ConnectionManagement，CM）（4）呼叫控制（CC）（5）补充业务（SS）（6）短消息业务（SMS）4.4Abis接口的分层结构1．物理层Abis接口的物理层是PCM传输，即物理连接通过标准的2.048Mbit/s或64kbit/s的PCM数字传输链路来实现。2．链路层在BSC和BTS的Abis接口的链路层上，以ISDN的D信道链路接入协议（LinkAccessProceduresforD-Channel，LAPD，见GSM08.56）传送信息。Abis接口支持下列消息：（1）在手机和网络之间进行交换的高层消息，即信令消息；（2）网络对BTS基站的维护管理消息；（3）BTS和BSC内部的管理消息。图4-10SAPI接入点3．网络层Abis接口的网络层是通过基站管理层（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。图4-11Abis接口上的四层信令（1）无线链路层管理（RadioLinkLayerManagement，RLM）（2）专用信道管理（DedicatedChannelManagement，DCM）（3）公共信道管理（CommonChannelManagement，CCM）（4）无线收发器管理（TRXManagement，TRXM）4.5A接口的分层结构1．物理层（L1）A接口的物理层是基于数字传输2.048Mbit/s的PCM链路，除有一定数目的话音/数据信道外还有传送信令的时隙，有关呼叫、切换及释放等信令数据通常都可使用此信道。2．链路层（L2）A接口的链路层基于No.7信令系统的MTP2。3．网络层（L3）A接口的网络层由MTP3和SCCP共同组成。4．应用层A接口在用户部分上传送的是基站子系统应用层BSSAP协议和Um3层信令。图4-12BSSAP消息传送过程（1）基站子系统管理应用部分（BSSMAP）（2）直接传送应用部分（DTAP）（3）CM、MM和RR层4.6MAP与INAP1．移动应用部分（MobileApplicationPart，MAP）移动应用部分（MAP）是公用陆地移动网（PLMN）在网内和网间进行互连而特有的一个很重要的功能单元，它的功能是GSM各网络实体之间为完成移动台的自动漫游功能而提供的一种信息交换方式。2．智能网应用部分（IntelligentNetworkApplicationPart，INAP）移动智能网是在现有移动网上增加一些网络功能单元，如业务控制点（ServiceControlPoint，SCP）、业务管理点（ServiceManagementPoint，SMP）、业务管理接入点（ServiceManagementAccessPoint，SMAP）、业务生成环境（ServiceCreateEnvironment，SCE）等。将业务控制功能从传统的交换功能中分离出来，使网络能够灵活方便地提供新业务，以适应用户的需求。小结（1）信令是通信系统中不同设备之间交换的信息，是控制通信设备动作的信号。接口代表两个相邻实体之间的连接点，协议说明连接点上交换信息时需要遵守的规则。（2）No.7信令是国际化、标准化的公共信道信令系统，它按分层结构设计，但并没有与国际标准化组织（InternationalOrganizationforStandardization，ISO）的“开放系统互连参考模型”（OpenSystemInterconnection，OSI）的七层一一对应。它不但可以传送传统的中继线路接续信令，还可以传送各种与电路无关的管理、维护、信息查询等消息，而且任何消息都可以在业务通信过程中传输。（3）GSM系统的信令严格按照No.7信令系统分层结构设计，再加上GSM的专用协议构成的，它是建立在物理层、链路层、网络层和应用层上的。在GSM网络单元间的协议主要有MAP、BSSAP（BSS应用部分）、数据通道链路接入协议LAPD以及GSM专用的LAPDm协议（专门用于空中接口的信令协议）。（4）GSM系统的接口包括BSS和MS部分的A、Um、Abis接口，NSS部分的B、C、D、E、F、G接口。各接口都采用了No.7信令系统，以便于实现国际漫游和通信网互连，其中A接口和Um接口具有统一和公开的标准。