GPRS信令及流程详细介绍

GPRS数据传输平面和GSM相比，GPRS体现了分组交换和分组传输的特点，即数据和信令是基于统一的传输平面，从图3-5～图3-13可以看出，在数据传输所经过的几个接口，传输层（LLC）以下的协议结构对于数据和信令是相同的。而在GSM中，数据和信令只在物理层上相同。2G数据传输平面如图3-5所示：RelayNetworkServiceGTPApplicationIP/X.25SNDCPLLCRLCMACGSMRFSNDCPLLCBSSGPL1bisGSMRFBSSGPL1bisRelayL2L1IPL2L1IPGTPIP/X.25UmGbGnGiNetworkServiceUDP/TCPUDP/TCPRLCMACNetworkServiceL1bisMSBSSSGSNGGSN图3-5GPRS数据传输平台对其中的协议层说明如下：zGTP（GPRSTunnelProtocol，GPRS隧道协议）：该协议在GPRS骨干网络内部和GPRS支持节点之间采用隧道方式传输用户数据和信令。所有的点对点的、采用PDP的分组数据单元都将通过GPRS隧道协议进行封装打包。zUDP/TCP：传输层协议，建立端到端连接的可靠链路，TCP具有保护和流量控制功能，确保数据传输的准确，TCP是面向连接的协议。UDP则是面向非连接的协议，UDP不提供错误恢复能力，也不关心是否已正确接收了报文，只充当数据报的发送者和接收者。zIP：GPRS骨干网络协议，用于用户数据和控制信令的路由选择。zSNDCP（Sub-NetworkDependentConvergenceProtocol，子网会聚协议）：该传输功能将网络层特性映射成低层网络特性。zL2：数据链路层协议，可采用一般的以太网协议。zL1：物理层。zNS（NetworkService，网络业务）：传输BSSGP协议数据单元。它建立在BSS和SGSN之间帧中继连接的基础之上，并且可以穿越帧中继交换节点网络。zBSSGP：该层包含了网络层和一部分传输层功能，主要解释路由信息和服务质量信息。zRelay（中继）：在BSS侧，中继转发Um接口与Gb接口之间的LLCPDU包。而在SGSN，则中继转发Gb接口和Gn接口的PDPPDU包。zLLC（LogicalLinkControl，逻辑链路控制）：传输层协议，提供端到端的可靠无差错的逻辑数据链路。zMAC：介质控制接入层，属于链路层协议，控制无线信道的信令接入过程以及将LLC帧映射成GSM物理信道。zRLC：无线链路控制子层，属于链路层和网络层协议，提供与无线解决方案有关的可靠链路。3GGPRS信令平面信令平面由控制和支持传输平面功能的协议组成：z控制GPRS网络接入连接，例如，与GPRS网络的附着和分离；z控制一个已建立的网络接入连接的属性，例如，PDP地址的激活；z控制一个已建立的网络连接的路由通道，以支持用户移动性；z控制网络资源的指配，满足不断变化的用户需要；z提供补充业务。MS与SGSN间信令平面UmGbMSBSSSGSNGMM/SMLLCRLCMACGSMRFRelayRLCMACGSMRFBSSGPNetworkServiceL1LLCBSSGPNetworkServiceL1bisGMM/SMMS与SGSN间信令平面GPRS移动性管理（GMM）和会话管理（SM）协议支持移动性管理功能，例如GPRS附着/分离、RA/LA更新、PDP上下文激活/去激活等。SGSN与HLR间信令平面SCCPMTP2MTP3MTP2MTP3SCCPGrSGSNHLRTCAPMAPTCAPMAPL1L1SGSN和HLR之间的信令平面移动应用部分（MAP）协议支持与HLR的信令交换，增强GPRS性能。TCAP、SCCP、MTP3和MTP2用来支持GPRSGSMPLMN的移动应用部分。SGSN与MSC/VLR间信令平面SCCPMTP2MTP3MTP2MTP3SCCPGsSGSNMSC/VLRBSSAP+BSSAP+L1L1SGSN与MSC/VLR之间的信令平面基站应用部分＋（BSSAP＋）支持SGSN与MSC/VLR之间的信令。SGSN与EIR间信令平面SCCPMTP2MTP3MTP2MTP3SCCPGfSGSNEIRTCAPMAPTCAPMAPL1L1SGSN与EIR之间的信令平面MAP协议支持SGSN与EIR之间的信令。SGSN与SMS-GMSC、SMS-IWMSC间信令平面SCCPMTP2MTP3MTP2MTP3SCCPGdSGSNSMS-MSCTCAPMAPTCAPMAPL1L1SGSN与SMS-GMSC、SMS-IWMSC间信令平面MAP协议支持SGSN与SMS-GMSC之间或SGSN与SMS-IWMSC之间的信令。GPRS支持节点间信令平面GTPUDPIPL2L1GSNGnGTPUDPIPL2L1GSNGPRS支持节点间信令平面GPRS隧道协议（GTP）在GPRS骨干网络内，支持SGSN与GGSN之间或SGSN与SGSN之间的用户数据和信令消息以隧道方式传输。用户数据报协议（UDP）传递GSN与GSN之间的信令消息。GGSN与HLR间信令平面GGSN和HLR之间的信令通道是可选的，它允许GGSN与HLR交换信令消息。有两种可选的方法，实现该信令通道：z如果在GGSN内安装SS7接口，可以在GGSN和HLR之间使用MAP协议；z如果在GGSN内没有安装SS7接口，在PLMN内，安装了SS7接口的任何GSN均可以用作GTP至MAP之间的协议转换器，允许GGSN与HLR之间的信令交换。1.建立在MAP基础上的GGSN与HLR之间的信令平面SCCPMTP2MTP3MTP2MTP3SCCPGcGGSNHLRTCAPMAPTCAPMAPL1L1GGSN与HLR采用MAP的信令平面MAP协议支持GGSN与HLR之间的信令。2.建立在GTP和MAP之上的GGSN与HLR之间的信令GnUDPL2IPGGSNL1L2IPGSNGTPL1MTP2MTP3SCCPMAPL1MTP2MTP3SCCPHLRTCAPMAPL1GTPGcInterworkingTCAPUDPGGSN与HLR之间采用GTP和MAP的信令平面\GPRS隧道协议（GTP）在GPRS骨干网络内，支持GGSN与协议转换的GSN之间的信令消息隧道传输。“Interworking”在GTP和MAP之间提供互联互通，MAP用于GGSN与HLR之间的信令。分组域移动性管理流程6.5.1MM功能概述移动性管理（MOBILITYMANAGEMENT）和会话管理（SESSIONMAMAGEMENT）以及短消息（SHORTMESSAGESERVICES）共同组成3GPP协议中的连接层，在UMTS系统中，MM处于RANAP层之上，为SM和SMS提供信令传送，实现了用户在网络中的移动性管理。移动性管理主要完成用户的附着、分离、安全流程、路由区更新、位置更新等功能。1.术语介绍_GMM（GPRS移动性管理）/PMM（UMTS分组域移动性管理）GSM和UMTS系统分组业务的移动性管理，本文主要介绍UMTS系统中的分组域的移动性管理特性。_MMCONTEXTGMM的用户上下文，包括了用户签约数据、鉴权集GMM在协议栈中的位置如图6-43所示，与SM、SMS的关系如图6-44所示。GMM与SM之间的原语□GMMSM-RELEASE-IND□GMMSM-UNITDATA-REQ□GMMSM-UNITDATA-INDGMM和SMS之间的原语□PMMSMS_REL_REQ□PMMSMS_ERROR_IND□PMMSMS_UNITDATA_REQ□PMMSMS_UNITDATA_IND6.5.2移动性管理状态UMTS系统中的分组移动性管理的状态可以分为：PMM-DETACHED、PMM-IDLE、PMM-CONNECTED；在手机侧和网络侧状态信息通过MM移动性管理上下文进行管理。如图6-45，图中明确的表示移动性管理的状态与会话管理的状态是无关的，也就是移动性管理处在连接态，会话管理可以处在激活态或者非激活态；移动性管理处在空闲态，会话管理可以处在激活态或者非激活态。状态迁移关系描述如下：1）PMM-DETACHED到PMM-CONNECTED通过分组域的附着，移动性管理的状态由分离态迁移到连接态；2）PMM-CONNECTED到PMM-IDLE通过分组域的信令连接释放，移动性管理的状态由连接态迁移到空闲态；3）PMM-IDLE到PMM-CONNECTED通过分组域信令连接的建立，移动性管理的状态由空闲态迁移到连接态；4）PMM-CONNECTED到PMM-DETACHED通过分组域的分离或者附着拒绝、路由区更新拒绝，移动性管理的状态由连接态迁移到分离态；5）PMM-IDLE到PMM-DETACHED通过隐式的分组域的分离，移动性管理的状态由空闲态迁移到分离态；6）PMM-CONNECTED到PMM-CONNECTED在重定位过程中，移动性管理的状态保持在连接态。注：在某种错误影响下：可能出现MS和网络侧的状态不同步，通过路由更新过程就可以实现同步。GMM的定时器功能(1)ReadyTimerReadyTimer定时器的概念在UMTS系统中不再存在，如果用户消息中带有协商的ReadyTimer定时器，网络侧将其保存，等到发生系统间改变的时候，启用。(2)MobileReachableTimer网络侧监视手机周期更新的定时器，比手机保存的周期更新定时器略长一些，如果移动性管理的状态进入连接态（PMM-CONEECTED），则该定时器立刻停止；直至移动性管理的状态进入空闲态（PMM-IDLE），重新启动移动台可及定时器。如果MobileReachableTimer定时器超时，用户的寻呼允许标志（PPF）被清除。6.5.4SGSN和MSC/VLR之间的联系(1)SGSN和MSC/VLR之间的联系会通过以下的过程建立：联合GPRS/IMSI附着/分离已经IMSI附着的用户的GPRS附着已经GPRS附着的用户的IMSI附着（发生的是联合路由区更新）(2)电路域寻呼（CSPaging）：对于一个联合附着的用户，MSC/VLR可以通过SGSN发送电路域寻呼(3)非GPRS业务提醒（Non-GPRSAlert）：MSC/VLR要求SGSN通知MSC/VLR手机的活动情况，会将非GPRS业务提醒标志（NGAF）置位，SGSN移动性管理一旦发现该用户活动，立刻通知MSC/VLR，然后清除NGAF。(4)MS信息过程（MSInformationProcedure）：MSC/VLR需要用户的身份信息和位置信息时，可以通过Gs接口从SGSN本地获得或通过SGSN下发信息请求，取得MSC/VLR所需信息。(5)MM信息过程（MMInformationProcedure）：MSC/VLR可以通过SGSN将网络信息发送给用户，SGSN会将信息下传。6.5.5MM过程在UMTS系统中，MM过程是指利用各个接口实现消息的传递，具体的有：通过Iu接口、Gr接口、Gs接口实现消息的传递等GPRS附着功能当MS完成GPRS附着规程后，MS就处于READY状态，在MS和SGSN中建立了该MS的MM上下文。此后，MS可以通过PDP上下文激活规程来激活其PDP上下文。如果网络操作模式为I，已经GPRS附着的MS，通过联合RA/LA更新规程完成IMSI附着。如果网络操作模式为II或III，或者MS没有附着在GPRS，则MS按照GSM规范中规定的IMSI附着规程进行。在附着规程中，MS向网络指示其附着类型（IMSI附着、GPRS附着或联合的IMSI/GPRS附着）和其身份识别。身份识别应优先使用P-TMSI（如果有有效的P-TMSI的话），然后才使用IMSI。对于ClassC的MS，在进行IMSI附着前必须处于GPRS分离状态；在进行GPRS附着前，必须处于IMSI分离状态。单纯的GPRS附着规程比较简单：GPRS移动台Attach附着过程通过GPRS连接过程，GPRS移动台可以建立与GPRS网络的