GSM系统信令接续流程

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1、GSM 系统信令接续流程上一篇 / 下一篇 2007-11-14 19:44:00 / 个人分类：自由空间 查看( 1 ) / 评论( 0 ) / 评分( 0 / 0 ) GSM 系统信令接续流程文章以 MS 发起的主叫通话为例，说明在 GSM 系统中，实现一次通话所需的信令接续过程。以应用层（L3）的三层连接（RR、MM 、CC ）为构架，对 L3 的通信过程进行分析，介绍每条信令中的一些主要参数以及该信令在通话过程中所起的作用关键词 信令接续 无线资源 管理移动性管理 呼叫管理GSM 系统使用类似 OSI 协议模型的简化协议，包括物理层（L1）、数据链路层（L2）和应用层（L3）。L1 是

2、协议模型最底层，提供物理媒介传输比特流所需的全部功能。L2 保证正确传递消息及识别单个呼叫。在 GSM 系统中，无线接口（Um）上的 L1 和 L2 分别是 TDMA 帧和 LAPDm 协议。在网络侧，Abis 接口和 A 接口使用的 L1 均为 E1 传输方式，L2 分别为 LAPD 和 MTP 协议。在 Um 接口，MS 每次呼叫时都有一个 L1 和 L2 层的建立过程，在此基础上再与网络侧建立 L3 上的通信。在网络侧（ A 和 Abis 接口），其 L1 和 L2（SCCP 除外）始终处于连接状态。 L3 层的通信消息按阶段和功能的不同，分为无线资源管理（RR）、移动性管理（MM ）和

3、呼叫控制（CC ）三部分。、建立 RR 连接RR 的功能包括物理信道管理和逻辑信道的数据链路层连接等。在任何情况下， MS 向系统发出的第一条消息都是 CHREQ（信道请求），要求系统提供一条通信信道，所提供的信道类型则由网络决定。CHREQ 有两个参数：建立原因和随机参考值（RAND ）。建立原因是指 MS 发起这次请求的原因，本例的原因是 MS 发起呼叫，其它原因有紧急呼叫、呼叫重建和寻呼响应等。RAND 是由 MS 确定的一个随机值，使网络能区别不同 MS 所发起的请求。RAND 有 5 位，最多可同时区分 32 个 MS，但不保证两个同时发起呼叫的 MS 的 RAND 值一定不同。要进

4、一步区别同时发起请求的 MS，还要根据 Um 接口上的应答消息。CHREQ 消息在 BSS 内部进行处理。BSC 收到这一请求后，根据对现有系统中无线资源的判断，分配一条信道供 MS 使用。该信道是否能正常使用，还需 BTS 作应答证实，Abis 接口上的一对应答消息 CHACT（信道激活）和 CHACK（信道激活证实）完成这一功能。CHACT 指明激活信道工作所需的全部属性，包括信道类型、工作模式、物理特性和时间提前量等。网络准备好合适的信道后，就通知 MS，由 IMMASS（立即指配）消息完成这一功能。在 IMMASS 中，除包含 CHACT 中的信道相关信息外，还包括随机参考值 RA、缩

5、减帧号 T、时间提前量 TA 等。RA 值等于 BSS 系统收到的某个 MS 发送的随机值。T 是根据收到 CHREQ 时的 TDMA 帧号计算出的一个取值范围较小的帧号。RA 和 T 值都与请求信道的 MS 直接相关，用于减少 MS 之间的请求冲突。TA 是根据 BTS 收到 RACH 信道上的 CHREQ 信息进行均衡时，计算出来的时间提前量。MS 根据 TA 确定下一次发送消息的时间提前量。IMMASS 的目的是在 Um 接口建立 MS 与系统间的无线连接，即 RR 连接。MS 收到 IM MASS 后，如果 RA 值和 T 值都符合要求，就会在系统所指配的新信道上发送 SABM 帧，其

6、中包含一个完整的 L3 消息（MPL3 INF），这条消息在不同的接口有不同的作用。在 Um 接口，SABM 帧是 LAPDm 层上请求建立一个多帧应答操作方式连接的消息。系统收到SANM 帧后，回送一个 UA 帧，作为对 SABM 帧的应答，表明在 MS 与系统之间已建立了一条 LAPDm通路；另外，此 UA 帧的消息域包含同样一条 L3 消息，MS 收到该消息后，与自己发送的 SABM 帧中相应的内容比较，只有当完全一样时，才认为被系统接受。L3 消息中包含 MS 的 IMSI，IMSI 对每个 MS是唯一的，这可保证在该信道上只有一个 MS 可接入系统。在 Abis 接口，这条消息是 E

7、STIND（建立指示），用来通知已建立 LAPDm 连接，作为对 IMMASS 消息的应答。在 SANM 帧中，透明传输到 MSC 的 L3 消息是 A 接口的第 1 条 L3 消息。尽管 A 接口的 MTP 连接在通话前已经建立，但对每个呼叫，在 L2 还要建立一个 SCCP 的连接。L3 消息包含在 A 接口上 SCCP 的请求建链消息（CR）中传递。如请求被允许，A 接口的第 1 条下行消息将包含在 SCCP 层的连接证实（CC）帧中。对 SCCP 层来说， CR 与 CC 的交换是源参考地址与目的参考地址的交换。在同样的信令点码下，不同的呼叫具有不同的源地址和目的地址。A 接口上第 1

8、 条消息传递完后， MS 与系统之间就建立了 RR 连接， RR 实体通知 MM 子层已进入专用模式。在专用模式下，MM 子层和 CC 子层负责发送所有 L2 层上的消息。除了错误指示和释放本地链路以外，均由 RR 子层直接处理。2、建立 MM 连接正常情况下，要建立 MM 连接必须先有 RR 连接。RR 建立后的第一个步骤是鉴权（AUTH），即鉴定移动用户的身份。在 AUTHREQ（鉴权请求）中有两个参数：CIP KEY No（加密键号）和 AUT RAND（鉴权随机值）Q CIPKEY No 与每个 MS 的密匙 Kc 相对应，由网络计算出来送到 MS，目的是毋须调用 AUTH 过程，就可

9、直接由 MS 的 IMSI 和 CMSERVREQ 中的 CIP KEY No 参数得到 Kc。ATU RAND 供 MS 计算鉴权响应值 SRES。MS 的 SIM 中存有 4 个与鉴权和加密相关的数据：鉴权算法 A3、加密序列算法 A8、加密算法 A5 和移动用户个人鉴权键 Ki。其关系如下：Kc=A8（RAND，Ki ），SRES=A3（RAND ，Ki），加密数据流=A5（user data，Kc）。SRES 是 MS 对 AUTH REQ 的响应值，在 AUTH RES 中传递。网络中存储了与每个 IMSI 相对应的 Ki 值，网络根据计算出的 SRES 值和 MS 回送的 SRES

10、 值，可对 MS 的身份进行鉴定。Kc 用于鉴权后的加密过程，加密算法 A5 由网络指定，但 MS 必须支持该算法。在加密命令 CIPM-COM 中，指出了每个 MS 支持的 A5 算法类型，还指定了 MS的回送消息中是否包括 IMEISV 参数。对 MS 的身份识别及无线信道传输加密过程完成后，建立呼叫所需的 MM 连接已经建立，可以向更高层（CC 子层）提供呼叫信息的传递功能。3、建立 CC 连接MS 向网络发 SETU（建立）消息，请求建立呼叫，消息内容包括：（1）此次呼叫请求 的具体业务种类及 MS 能提供的承载能力，包括信息传输要求、发送方式、编码标准及可 使用的无线信道类型；（2）

11、被叫用户号码，包括被叫号码类型和编码方案。 网络收到 SETUP 消息，若接受请求，就回送CALL PROC（呼叫处理），表明正在处理呼 叫，主叫 MS 处于等待状态。网络开始寻找被叫用户，若被叫也是 GSM 系统用户，其接入网 络的方式与主叫类似。不同点有：（1）被叫 MS 收到网络发出的 PAGINC（寻呼）消息后， 才会提出信道请求；（2）被叫 MS 在与网络建立 CC 连接时，先由网络发下行的 SETUP 消息， MS 回送 CALLCONF（呼叫证实）消息。在 CALL，PROC 或 CALL，CONF 后，网络与 MS 之间 CC 层 的连接建立。 后续的CC 层消息 ALERT（

12、振铃）、 CONNECT（连接）及其应答消息，分别对应 MS 振 铃和用户搞机动作。网络收到被叫的 ALERT 消息，再向主叫 MS 发送同样的 ALERT 消息，使 主叫知道当前的通话接续状态，即通常打电话时听到的振铃声。收到振铃声后，主叫等 待被叫摘机，该动作在信令接续上反映为CONNECT（连接）消息。完成对 CONNECT 消息的 应答后，主被叫双方进入正常通话状态，直到有一方关机，通话结束。 传递信令使用的是 SDCCH 或 FACCH，MS 通话必须在 TCH 信道上进行。为此，网络分配给 MS 一条 TCH 信道，分配方式与 IMMASS 类似，不同点在于指配的发起是由 MSC

13、的ASSREQ （指配请求命令）开始的。BSC 根据 ASSREQ 的信息，激活相应的无线信道，根据ASS REQ 中指定业务的相应信息，确定该无线信道的类型。由 CHACT 指定无线资源，包括信道 频率、时隙和跳频等内容。4、连接话音通路GSM 系统业务的数据传递采用电路模式，在主叫与被叫之间有一条物理通路。建立这样一条通路有两个要求：（1）为传递通信的不同路由段分配一定的信道资源；（2） 将各段信道连接在一起。信道资源包括 Um 接口的无线信道和 A 接口的 PCM 链路信道。无线信道由 CHACT 说明，A 接口的地面信道由 ASSREQ 说明。 各个信道的连接是一个接路过程。收到 AS

14、SREQ 后， BSC 将 A 接口的地面信道和 Um 接口的无线信道连接在一起。收到 CONNECT 后，MSC 将 A 接口的地面信道和网络内使用的 信道连接在一起。在 MS 内部也有类似的接路过程。主叫方收到 ALERT 消息后，接通内部 的话音通路；被叫端的用户（GSM 用户）在发送 CONNECT 时，接通 MS 内的话音通路。5、呼叫断续处理5.1 清除 CC 连接和 MM 连接 当一方用户挂机时，开始清除通信连接。从 L3 的 CC 子层开始清除，最终到 L1。 以主叫 MS 先挂机为例。MS 发送 DISCONNECT（断开连接）消息，指明呼叫清除的发 起端及清除原因。网络收到

15、 DISCONNECT 后，停止所有的 CC 连接定时器，清除业务信道在 网络中的连接，向 MS 发送 RELEASE（呼叫释放），通知它网络正在释放 CC 层的连接。 MS 收到消息后，停止所有CC 连接定时器，释放 MM 连接，向网络发送 RELCMP，本身进入 “NULL”（空闲）状态。这时，在 MS侧，L3 的连接已经全部释放完毕，但 MS 不能自己拆 除 L2 层的连接，要等待网络的释放命令。网络收到 RELCMP（呼叫释放完成）后，释放 MM 连接，返回到“NULL”状态。 CC 层和 MM 层的连接释放完毕后，网络启动 SCCP 连接的释放，释放及应答消息分别为 CLRCOM（清

16、除）和 CLRCMP（清除完成）。5.2 释放 RR 连接 RR 连接释放的目的是去活正在使用的专用信道，专用信道释放后，MS 返回到 IDLE （空闲）状态。 RR 连接释放的命令是 CHREL（信道释放），包括释放原因（正常释放、 超时、切换失败等）。MS 收到 CHREL 后，启动定时器，回送一条 LAPDm 层的 DISC 消息， 准备断开连接。当DISC 消息被系统的 UA 消息证实或定时器超时后，MS 去活所有信道， 返回到空闲模式。 RR 连接释放后，停止系统在 TCH 信道的伴随信道 SACCH 上发送 DESACCH（去活 SACCH 信道），并在 TCH 信道上发送 RFCHREL（无线信道释放）及其应答。与 RFCHREL 相对应， L1 的连接也被清除，以减小或关闭系统在该信道的发射功率。6、其它6.1 选择 TCH 信道分配时间 在一次通话过程中，MS 先后使用了 SDCCH 和 TCH 两种不同类型的信道，分别用于信令 和话音传递。网络根据对 SDCCH 和 TCH 使