GSM信令流程详解

目录1.BSS系统中的信令应用...................................................................................12.BSS系统的信令模型.......................................................................................33.各层信令在BSS系统中的作用......................................................................64.移动主叫流程.................................................................................................145.移动被叫流程.................................................................................................256.位置更新流程.................................................................................................367.小区内切换流程.............................................................................................438.小区间切换流程.............................................................................................469.外部切换流程.................................................................................................5010.定向重试流程...............................................................................................55引言呼叫过程的信令分析对移动用户来说，主叫和被叫是基本独立的两个流程。主叫的过程从和BTS的信道请求开始，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。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，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。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。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。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。如果VLR中的鉴权集使用完毕，则VLR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，那么向另外MSC的初始地址消息就不会发送，而是根据被叫用户的位置区直接向BSC发起对被叫用户的寻呼过程。如果被叫用户非本局用户，则通过IAI将话路接续到适当的MSC去。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，在本文中，将通话结束后的拆线过程在放在被叫过程中。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，拆线阶段。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，主叫听回铃音，被叫振铃。如果这时被叫用户摘机，主叫用户进入通话状态。拆线可能主叫发起，也可以被叫发起。流程基本类似：拆线，释放，释放完成。没有发起拆线的用户会听到忙音。释放完成后，用户进入空闲状态。汇接呼叫指主叫用户、被叫用户都不在本局的呼叫。没有和BSS，PSTN相连的MSC是汇接局。移动交换机处理汇接呼叫的过程和固定交换机基本相同，区别移动被叫用户的号码是漫游号码，不是IDSN/PSDN号码。1.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1BSS系统中的信令应用MSCBSCBTSBTSTRAUCCS7OMC_RMSMSLAPDLAPDLAPDmLAPDm2.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2BSS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SSBSSMAPRRBTSMRRBTSMRR'CMMMRRLAP_DmTDMATDMALAP_DmPCMPCMLAP_DLAP_DSCCPMTPSCCPMTPMMBTSMSBSCMSCAbis接口Um接口A接口L1L2L3BSSMAPSMSSSCCSMSCCCMDTAPSMS：短消息管理SS：补充业务管理CC：呼叫管理MM：移动管理LAPD：D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75Ω同轴电缆或120Ω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。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）。3.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，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（PartialRelease）2信道释放（ChannelRelease）3部分释放完成（PartialReleaseComplete）4信道模式修改（ChannelModeModify）5RR状态（RRStatus）6重定义频率（FrequencyRedefinition）7测量报告（MeasurementReport）8级别更新（ClassmarkChange）enquiry9信道模式修改证实（ChannelModeModifyACK）10系统消息1（SystemInformation1）11系统消息2（SystemInformation2）12系统消息3（SystemInformation3）13系统消息4（SystemInformation4）14系统消息5（SystemInformation5）15系统消息6（SystemInformation6）16寻呼响应（PagingResponse）17切换失败（HandoverFailure）18指配完成（AssignmentComplete）19切换命令（HandoverCommand）20切换完成（HandoverComplete）21指配命令（AssignmentCommand）22指配失败（AssignmentFailure）23加密模式完成（CipherModeComplete）24加密模式命令（CipherModeCommand）25扩展立即指配（ImmediateAssignmentExtended）26立即指配拒绝（ImmediateAssignmentReject）27附加指配（AdditionalAssignment）28立即指配（ImmediateAssignment）表1RR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（IMSIDetachIndication）2位置更新接收（LocationUpdateAccept）3位置更新拒绝（LocationUpdateReject）4位置更新请求（LocationUpdateRequest）5鉴权拒绝（AuthenticationReject）6鉴权请求（AuthenticationRequest）7鉴权响应（AuthenticationResponse）8识别请求（IdentityRequest）9识别响应（IdentityResponse）10TMSI再分配命令（TMSIReallocationCommand）11TMSI