1、GSM信令详解中文版个人学习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
2、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 1 BSS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 2 BSS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
3、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75同轴电缆或120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
4、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
5、。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
6、，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（Partial Release）2信道释放（Channel Release）3部分释放完成（Partial Release Complete）4信道模式修改（Channel Mode Modify）5RR状态（RR Status）6重定义频率（Frequency Redefinition）7测量报告（Measurement Report）8级别更新（Classmark Change）9信道模式修改证实（Channel Mode Modify ACK）10系统消息1（System Info
7、rmation 1）11系统消息2（System Information 2）12系统消息3（System Information 3）13系统消息4（System Information 4）14系统消息5（System Information 5）15系统消息6（System Information 6）16寻呼响应（Paging Response）17切换失败（Handover Failure）18指配完成（Assignment Complete）19切换命令（Handover Command）20切换完成（Handover Complete）21指配命令（Assignment Comm
8、and）22指配失败（Assignment Failure）23加密模式完成（Cipher Mode Complete）24加密模式命令（Cipher Mode Command）25扩展立即指配（Immediate Assignment Extended）26立即指配拒绝（Immediate Assignment Reject）27附加指配（Additional Assignment）28立即指配（Immediate Assignment）表 1 RR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
9、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1IMSI分离指示（IMSI Detach Indication）2位置更新接收（Location Update Accept）3位置更新拒绝（Location Update Reject）4位置更新请求（Location Update Request）5鉴权拒绝（Authentication Reject）6鉴权请求（Authentication Request）7鉴权响应（Authentication Response）8识别请求（Identity Request）9识
10、别响应（Identity Response）10TMSI再分配命令（TMSI Reallocation Command）11TMSI再分配完成（TMSI Reallocation Complete）12CM业务接收（CM Service Accept）13CM业务拒绝（CM Service Reject）14CM业务请求（CM Service Request）15CM重建立请求（CM Re-Establish Request）16MM状态（MM Status）表 2 MM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
11、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（Call Proceeding）3进展（Progress）4建立（Setup）5连接（Connect）6呼叫证实（Call Confirmed）7紧急建立（Emergency Setup）8连接证实（Connect ACK）9用户信息（User Information）10修改拒绝（Modify Reject）11修改（Modify）12修改完成（Modify Com
12、plete）13拆链（Disconnect）14释放完成（Release Complete）15释放（Release）16停止DTMF（Stop DTMF）17停止DTMF 证实（Stop DTMF ACK）18状态查询（Status Enquiry）19开始DTMF（Start DTMF）20开始DTMF ACK（Start DTMF ACK）21开始DTMF拒绝（Start DTMF Reject）22阻塞控制（Congestion Control）23状态（Status）24通报（Notify）表 3 CM层中CC子层的消息列表3.4 BTS管理层（BTSM）BTS管理层（BTSM）主要
13、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（Data Request）2数据指示（Data Indication）3错误指示（Error Indication）4建立请求（Establish Request）5建立证实（Establish Confirmation）6建立指示（Establish Indication）7释放请
14、求（Release Request）8释放证实（Release Confirmation）9释放指示（Release Indication）10单元数据请求（Unit Data Request）11单元数据指示（Unit Data Indication）12BCCH信息（BCCH Information）13CCCH负载指示（CCCH Load Indication）14信道请求（Channel Request）15删除指示（Delete Indication）16寻呼命令（Paging Command）17立即指配命令（Immediate Assignment Command）18短消息广播
15、请求（SMS Broadcast Request）19RF资源指示（RF Resource Incication）20SACCH拥塞（SACCH Filling）21过载（Overload）22错误报告（Error Report）23信道激活（Channel Activation）24信道激活证实（Channel Activation ACK）25信道激活非证实（Channel Activation NACK）26连接失败（Connection Fail）27去活SACCH（Deactivation SACCH）28加密命令（Encryption Command）29切换检测（Handover
16、 Detect）30测量结果（Measurement Result）31模式修改请求（Mode Modify Request）32模式修改ACK（Mode Modify ACK）33模式修改NACK（Mode Modify NACK）34物理上下文请求（Physical Context Request）35物理上下文证实（Physical Context Confirmation）36RF信道释放（RF Channel Release）37MS功率控制（MS Power Control）38BTS功率控制（BTS Power Control）39预处理配置（Preprocess Configu
17、re）40预处理测量结果（Preprocessed Measurement Result）41RF信道释放证实（RF Channel Release ACK）表 4 BTSM层的消息列表3.5 BSS 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，
18、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（Assignment Request）2指配完成（Assignment Complete）3指配失败（Assignment Failure）4切换请求（Handover Request）5切换要求（Handover Required）6切换请求证实（Handover Request ACK）7切换命令（Handover Command）8切换完成（Handover Complete）9切换失败（Handover Failure）10切换执行（Handover Performed）
19、11切换候选小区问询（Handover Candidate Enquiry）12切换候选小区响应（Handover Candidate Response）13切换请求拒绝（Handover Required Reject）14切换检测（Handover Detection）15清除命令（Clear Command）16清除完成（Clear Complete）17清除请求（Clear Request）18SAPI n 清除命令（SAPI n Clear Command）19SAPI n 清除完成（SAPI n Clear Complete）20SAPI n 拒绝（SAPI n Reject）21
20、复位（Reset）22复位证实（Reset ACK）23过载（Overload）24跟踪调用（Trace Invocation）25复位电路（Reset Circuit）26复位电路证实（Reset Circuit ACK）27阻塞（Block）28阻塞证实（Block ACK）29解闭（Unblock）30解闭证实（Unblock ACK）31资源请求（Resource Request）32资源指示（Resource Indication）33寻呼（Paging）34加密模式命令（Ciphering Mode Command）35级别修改（Classmark Update）36加密模式完成（
21、Ciphering Mode Complete）37队列指示（Queuing Indication）38完成L3消息（Complete L3 Informaion）表 5 BSSAP层的消息列表3.6 LAPD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SAB
22、ME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
23、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
24、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
25、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
26、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。4.7 CM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。4.8 CM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
27、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。4.9 CM业务请求这条CM业务请求消息被送往移动交换中心。4.10 UA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
28、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
29、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。4.20 TMSI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。4.21 TMSI再分配命令TMSI再分配命令被送到MS。4.22 TMSI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
