详细的GSM信令流程

MA0002Issue3.3GSM通信流程1课程说明课程介绍GSM通信流程包括两方面的内容：呼叫基本流程，信令基本流程。其中，呼叫流程主要包含：移动主叫流程，移动被叫流程，汇接呼叫流程。信令基本流程主要包含：鉴权流程，位置登记流程，呼叫重建流程，BSC内部切换流程，BSC间切换流程，MSC间切换流程，移动始发短消息流程，移动终结短消息流程，定向重试流程。这些流程从系统的角度描述了移动用户经常发生的行为，描述了GSM的几个组成部分在呼叫流程、信令流程中的相互关系，对移动性特征做重点说明。课程目标本课程的重点是介绍GSM系统的协同工作过程，涉及内容包含：呼叫、位置更新、切换、短消息。对流程的介绍突出了移动特征，具体的信令细节本课程不做描述，可以参考ETSI的GSM规范获得更加详细的内容。通过学习本课程，可以基本掌握：移动用户做位置登记的信令过程；MA0002Issue3.3GSM通信流程2移动用户做主叫的信令过程；移动用户做被叫的信令过程；MSC做汇接呼叫的信令过程；BSC内切换信令过程；BSC间切换的信令过程；MSC间切换的信令过程；呼叫重建的信令过程；定向重试的信令过程。对这些信令流程学习之后，对GSM系统的原理会有更加深刻的了解，对每个功能实体（MS，BTS，BSC，MSC，VLR，HLR）的功能有更加深刻的体会。相关资料ETSI关于GSM的规范，主要是：GSM0408，GSM0808，GSM0902。MA0002Issue3.3GSM通信流程3第一节呼叫过程的信令分析对一次发生在移动用户间的呼叫来说，信令流程可以分为三个相对独立的部分：主叫移动用户部分被叫移动用户部分拆线部分1.1主叫信令流程移动用户做主叫时的信令过程从MS向BTS请求信道开始，到主叫用户TCH指配完成为止。一般来说，主叫经过几个大的阶段：接入阶段，鉴权加密阶段，TCH指配阶段，取被叫用户路由信息阶段。接入阶段主要包括：信道请求，信道激活，信道激活响应，立即指配，业务请求等几个步骤。经过这个阶段，手机和BTS（BSC）建立了暂时固定的关系。鉴权加密阶段主要包括：鉴权请求，鉴权响应，加密模式命令，加密模式完成，呼叫建立等几个步骤。经过这个阶段，主叫用户的身份已经得到了确认，网络认为主叫用户是一个合法用户，允许继续处理该呼叫。MA0002Issue3.3GSM通信流程4TCH指配阶段主要包括：指配命令，指配完成。经过这个阶段，主叫用户的话音信道已经确定，如果在后面被叫接续的过程中不能接通，主叫用户可以通过话音信道听到MSC的语音提示。取被叫用户路由信息阶段主要包括：向HLR请求路由信息；HLR向VLR请求漫游号码；VLR回送被叫用户的漫游号码；HLR向MSC回送被叫用户的路由信息（MSRN）。MSC收到路由信息后，对被叫用户的路由信息进行分析，可以得到被叫用户的局向。然后进行话路接续。主叫过程的信令流程如后面的图所示。A注意:应该注意的是：从VLR到HLR/AUC取鉴权集的过程不是必须的。VLR到HLR/AUC取鉴权集时，HLR每次送5组，本次使用一组，另外4组保存在VLR中供后续的鉴权过程使用。只有当VLR中的鉴权集使用完毕，VLR才发起向HLR/AUC取鉴权集的过程。另外，如果MSC通过对被叫用户的MSRN的分析得知被叫用户是本局用户，那么就不会向其它MSC发送初始地址消息（IAI/IAM），而是根据被叫用户的位置区直接通知本局BSC对被叫用户发起寻呼。如果被叫用户非本局用户，则通过信令路由分析，通过适当的链路向目的MSC发IAI消息，以建立话路。MA0002Issue3.3GSM通信流程5主叫接入阶段、鉴权阶段主要信令：当用户输入被叫号码完毕按下发射按纽后，手机（以下以MS代替）将进行一系列动作，首先MS将在随机接入信道（RACH）向BSS发送信道请求消息，以便申请一个专用信道（SDCCH），BSC为其分配相应的信道成功后，在接入允许信道(AGCH)中通过立即分配消息通知MS为其分配的专用信道，随后MS将在为其分配的SDCCH上发送一个层三消息---CM业务请求消息，在该消息中CM业务类型为移动发起呼叫，该消息被BSS透明的传送至MSC，MSC收到CM业务请求消息后，通过处理接入请求消息通知VLR处理此次MS的接入业务请求，（同时，由于在BSC和MSC之间用到了SCCP有连接服务，为建立SCCP连接，MSC还将向BSC回连接确认消息），收到业务接入请求后，VLR将首先查看在数据库中该MS是否有鉴权三参组，如果有，将直接向MSC下发鉴权命令，否则，向相应的HLR/AUC请求鉴权参数，从HLR/AUC得到三参组，然后再向MSC下发鉴权命令。MSC收到VLR发送的鉴权命令后，通过BSS向MS下发鉴权请求，在该命令中含有鉴权参数，MS收到鉴权请求后，利用SIM卡中的IMSI和鉴权算法，得出MA0002Issue3.3GSM通信流程6鉴权结果，通过鉴权响应消息送达MSC，MSC将鉴权结果回送VLR，由VLR核对MS上报的鉴权结果和从HLR取得的鉴权参数中的结果，如果二者不一致，拒绝此次接入请求，此次呼叫失败；如果二者一致则鉴权通过，鉴权通过后，VLR将首先向MSC下发加密命令，然后通知MSC该MS此次接入请求已获通过，MSC通过BSS通知MS业务请求获得通过，然后MSC向MS下发加密命令，该命令内含加密模式，MS收到此命令并完成加密后，回送加密完成消息，到此MS完成了整个接入阶段的工作。TCH指配阶段、取被叫漫游号码阶段主要信令：经过接入阶段和鉴权加密过程后，主叫用户的合法身份已经得到确认，已经接入了网络，为继续进行呼叫，需要更为详细的信息，按照规范，此时MS将发送一个setup消息，在此消息中，携带有被叫号码和主叫标识等更为详细的信息，MSC收到此消息后，首先通过S.I.F.O消息向VLR查询该用户的相关业务信息，VLR根据此次业务类别和开户时MS已经申请的业务信息，决定此次呼叫是否可以继续，如果可以继续，通过完成呼叫消息向MSC回送该用户数据，MSC收到该信息后，通过呼叫继续消息，经BSS通知MS呼叫在继续处理之中，然后，根据A接口电路情况，向BSC发送指配请求消息，在该消息中选定某条A接口电路，BSC收到该指令后，向BTS、MS指定无线资源，MS收到该指令后，占用成功回送分配完成消息，到此TCH指配阶段完成，本局的无线资源和A接口电路均已成功分配。MSC收到MS上报的指配完成消息后，进行被叫分析，根据被叫号码，寻址到HLR，发送路由信息请求消息，HLR收到该消息后，根据被叫IMSI查询得到被叫所在的VLR，向被叫所在的VLR请求漫游号码，被叫所在的VLR在受到请求漫MA0002Issue3.3GSM通信流程7游号码消息后，为对应的MS分配MSRN，然后在请求漫游号码响应消息中回送给HLR，HLR得到该MSRN后，想主叫所在MSC发送路由信息响应消息，MSC从该消息中得到被叫的MSRN，根据MSRN进行局间中继选路，并向被叫所在的MSC发送IAI消息。至此主叫信令流程基本结束。1.2被叫信令流程对移动用户来说，被叫的过程从MSC向BSC发起对被叫用户的寻呼开始，到主叫和被叫通话为止。一般来说，被叫流程经过几个大的阶段：接入阶段，鉴权加密阶段，TCH指配阶段，通话阶段。接入阶段主要包括：手机收到BTS的寻呼命令后，信道请求，信道激活，信道激活响应，立即指配，寻呼响应。经过这个阶段，手机和BTS（BSC）建立了暂时固定的关系。鉴权加密阶段主要包括：鉴权请求，鉴权响应，加密模式命令，加密模式完成，呼叫建立。经过这个阶段，被叫用户的身份已经得到了确认，网络认为被叫用户是一个合法用户。TCH指配阶段主要包括：指配命令，指配完成。经过这个阶段，被叫用户的话音信道已经确定，被叫振铃，主叫听回铃音。如果这时被叫用户摘机，主被叫用户进入通话状态。通话阶段主要包括：计费命令等。被叫接入阶段、鉴权阶段主要信令流程MA0002Issue3.3GSM通信流程8当一个端局MSC收到它局发送的IAI消息后，为了确定被叫用户是否能够接受此次呼叫，MSC会首先通过S.F.I.C消息向相应的VLR查询有关该被叫用户的用户信息，如果VLR通过查询用户信息，发现该用户可以接受此次呼叫(未关机且允许接受呼叫)，会向MSC发送寻呼命令消息，在该消息中，含有用户的位置信息（LAI），MSC收到此信息后，查询数据，得到控制此位置区的BSC的信令点编码，向相应的BSC下发寻呼命令，BSC通知所控制的BTS在寻呼信道（PCH）下发寻呼消息。手机一直在侦听该信道，当收到寻呼自身的消息后，在随机接入信道（RACH）上报寻呼响应消息，（由于在A接口用到了SCCP的有连接服务，所以寻呼响应同时被视为SCCP的连接建立请求消息，MSC的SCCP层对应的应该回一个连接证实消息），同时MSC向VLR发送处理接入请求消息，VLR首先启动鉴权流程，查看该用户的鉴权参数组，如果VLR中没有该用户的鉴权三参组，VLR会发起向HLR取鉴权参数的过程（详细过程可以参见主叫用户的接入过程中的鉴权过程），否则VLR会直接向MSC发送启动鉴权消息，在启动鉴权消息中含有该用户的一个鉴权三参组（RAND，KC，SERS），MSC收到该消息后，会继续通知对应的BSC、BTS下发鉴权命令，MS收到鉴权请求后，根据SIM卡中的KI，计算出对应的SERS，之后，将SERS在鉴权响应消息中上报MSC，MSC回送至VLR，VLR收到鉴权响应消息后，核对上报的SERS和从HLR得到的三参组中的SERS是否一致，如果一致，向MSC发送接入请求接受消息，通知MSC该用户的此次接入请求被接受。并通过完成呼叫消息向MSC回送被叫的用户信息；如果不一致，此次呼叫将被拒绝。MA0002Issue3.3GSM通信流程9被叫TCH指配阶段、通话阶段主要信令流程：MSC收到完成呼叫消息后，向BSS侧发送SETUP消息，提示将建立呼叫，MS收到该消息后，回送呼叫证实消息，之后，MSC选择相应的A接口电路，向对应的BSC发送指配请求消息，BSC根据资源情况分配相应的无线资源，并通知MS，MS占用成功后回送指配完成消息，同时被叫MS开始震铃，向其所在MSC回震铃消息，该MSC向主叫所在MSC回地址全消息，主叫所在MSC向MS发送被叫震铃消息，此时主机用户可以听到回铃音；被叫用户如果决定接受此次呼叫，按应答按纽，此动作被手机翻译成为CONNECT消息，向MSC发送，MSC收到该消息后，向主叫MSC发送应答消息（ANC），主叫MSC收到此消息后，向主叫MS发送连接建立请求消息，主叫MS相应的向主叫所在MSC回连接证实消息，此消息经被叫MSC传送至被叫MS，于是，本此呼叫开始通话，双方进行通话。MA0002Issue3.3GSM通信流程101.3拆线部分拆线部分相对而言是个很独立的过程，不管是主叫先发起还是被叫先发起，流程基本是类似的：拆线、释放、释放完成、清除、清除完成，不同之处仅在于交换局之间的TUP消息略有不同。主叫先拆线：在拆线阶段，手机用户的挂机动作被手机转换为拆线消息（Disconnect）,经BTS、BSC向MSC传送，MSC收到拆线请求之后，有两个动作：向BSC下发释放命令（Release）；同时MSC需要向被叫所在的MSC发送前向拆线TUP消息请求。此后，主叫方和被叫方的拆线过程将分别进行：主叫所在MSC在收到拆线消息后，首先向MS发送DTAP消息REALSE命令，MS去活本次呼叫占用的所有信道，并发送释放完成消息确认，网络侧则会在本端释放所占信道以便可以分配给其它呼叫连接使用；之后，MSC向BSS发送BSSMAP消息CLEARCOMMAND，指示应该释放无线资源，BSS收到CLEARCOMMAND消息后，开始清除无线接口，同时将分配给此次呼叫的地面资源均标示为空闲，向MSC发送CLEARCOMPLETE，MSC收到CLEARCOMPLETE消息后，释放地面资源。被叫所在MSC收到CLF消息后，向主叫所在MSC会释