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发表于 2013-09-18 11:27:16 只看楼主

GSM信令流程

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）和呼叫控制（CC）三部分。

1、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CH－REQ（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。CH－REQ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。

CH－REQ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IM－MASS中，除包含CHACT中的信道相关信息外，还包括随机参考值RA、缩减帧号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CH－REQ时的TD－MA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CH－REQ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，其中包含一个完整的L3消息（MP－L3－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ESTIND（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AU－THREQ（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，就可直接由MS的IMSI和CM－SERV－REQ中的CIP KEYNo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CIP－M-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）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（振铃）、 CON－NECT（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的ASS－REQ（指配请求命令）开始的。BSC根据ASS－REQ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 ASS－REQ说明。
各个信道的连接是一个接路过程。收到ASS－REQ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CON－NECT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DISCON－NECT（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使用的分配原则，可以在不同时间点，给MS分配TCH信道，有三种方式：早分配、特早分配和晚分配。

TCH的指配可在CC连接建立后马上进行，也可等收到ALERT消息后再指配。前者称为早分配，后者为晚分配。分配的早晚会影响系统占用SDCCH或TCH信道的时间。晚分配的SD－CCH信道占用时间长，可能导致TCH信道还有空闲时，由于SDCCH信道资源的缺乏而使呼叫失败，但可提高TCH信道的成功使用率。在ALERT后，主被叫均处于接通状态，一旦被叫用户搞机，TCH信道就可被成功使用。在早分配中，若被叫用户连接失败，会导致分配给主叫用户使用的TCH信道实际上不能使用，降低了使用率，但提高了SDCCH的容量。特早分配是在IMMASS时就直接分配一条TCH信道，但仅作为信今信道使用，在CC连接建立后，再利用信道模式修改命令，改为TCH信道。特早分配没有为信今信道专门分配独立的物理信道，使可同时通话的用户数最多，减少了呼叫建立的缓冲过程。当系统可用于通信的N个信道都被占用时，新的用户就不能接入。实际上在通话前，MS与网络间还需要时间进行初期的信令通信，在这段时间内，原来通话的用户有可能已结束通话，可以建立新的呼叫。目前特早分配方式使用较少，早分配方式使用较多。

6.2、识别MS身份

TMSI是网络分配给每个移动用户的临时身份码，只在一个位置区域内有效。为了提高MS用户的保密性，信令通信可首先使用TMSI代替IMSI。如果网络识别TMSI号码，接续流程可以继续；若不能识别TMSI（MS从一个位置区进入另一个位置区），就会要求MS重新上报IMSI号码。若该号码有效，通信继续，同时网络还会给该移动用户分配一个新的TMSI号码。这个接续过程紧跟在A接口的第一个L3消息之后。

6.3、重新分配TMSI
无论当前MS使用的TSMSI是否能被系统识别，出于对用户身份保密的考虑，在每次通信时，网络部可为 MS重新分配一个 TMSI。TMSI的重新分配过程一般是在加密完成之后，SETUP建立之前。对应于TMSI重新分配命令，MS有一个回应的TMSI分配完成消息。

6.4、提前发送功率控制信息
根据系统配置，MS可以决定在AUTHREQ后是否上报MS的处理能力，消息名称为CLASSMRAKCHANGE，内容与建立指示中的一样，只是更详细说明了MS支持的加密算法。在建立指示中，只说明是否支持A5／1、A5／2和A5／3 ；而在CLAMARK－CH中，进一步说明是否支持 A5／4～A5／7算法。网络收到此消息后先回送 MSPWRCTRL消息，说明MS可使用的功率范围，以及与此MS相应的TRX所需的发射功率。在加密过程中，使用加密算法的信息，MS是否需要提前发送这条消息，由网络侧的系统消息3说明。

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发表于 2013-09-25 08:39:53

好文章，学习了。

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