【资料名称】：谈第三层信令消息在DT中的应用

【资料作者】：wsc

【资料日期】：2011-06-12

【资料语言】：中文

【资料格式】：DOC

【资料目录和简介】：

谈第三层信令消息在DT测试中的应用
—Layer3Messages
郭宝
关键词：第三层信令消息（Layer 3 Messages）、切换、位置更新、未接通、掉话、
GPRS 附着成功率、PDPCONTEXT 激活成功率

第三层信令消息—layer 3 messages 也称无线接口信令消息，可以将MS—BSS之间的信令消息清晰的显示出来。第三层信令消息主要包括：寻呼、鉴权、加密、分配信道、切换、测量报告、位置更新、短消息等—（paging, authorization,cipher mode set, assignments, handover, measurement reports,location updating, Short Message Service）。 由于第三层信令消息能清晰的显示出通话的起呼、切换、位置更新、结束通话和掉话各部分的信令流程，在DT测试过程中，可以准确的判断通话的状态。
在最新公布的《中国移动通信集团公司2002年全国城市GSM网运行质量现场检查技术规范书－DT测试部分》中明确地用第三层信令消息描述了接通率、掉话率的定义，在规范的数据光盘内容要求中提出：原始记录文件中必须包含第三层信令消息。原文如下：
接通率，定义：接通率＝接通总次数/试呼总次数×100％；
说明：
试呼次数：有Channel Request表示进行了试呼，但剔除了位置更新的Channel Request及SAGEM OT75在一次呼叫中重复发送Channel Request的次数。
接通次数：当一次试呼开始后出现了Connect，Connect Acknowledge消息中的任何一条就计数为一次接通。
接通率＝总Connect（Connect Acknowledge）数/总Channel Request数×100％
接通率取主叫双频测试手机的统计结果。
掉话率，定义：掉话率＝掉话总次数/接通总次数×100％；
说明：
接通次数：当一次试呼开始后出现了Connect，Connect Acknowledge消息中的任何一条就计数为一次接通
掉话次数：在一次通话中如出现Disconnect或Channel Release中任意一条，就计为一次呼叫正常释放。只有当两条消息都未出现而由专用模式转为空闲模式时，才计为一次掉话。
掉话率取主、被叫手机的统计结果
掉话率＝（主叫掉话+被叫掉话）/（主叫接通+被叫接通）×100％

在一同公布的《中国移动通信集团公司2002年全国城市GPRS网运行质量现场测
试技术规范书》也用第三层信令消息描述了测试记录项目及定义。城市详细测试信息报告（光盘形式）中也提出要包括：DT测试原始记录，并提供回放原始记录的软件，测试数据中必须包含第三层信令消息。下面是用layer 3 messages描述的记录项目：
GPRS attach测试。每个测试点要求做10次GPRS网络登陆测试。
测试记录项目及定义：
GPRS附着成功率： GPRS成功Attach次数/总尝试次数×100％。GPRS附着成功指在手机发出GPRS Attach Request后在15秒钟内收到GPRS attach accept信令。
平均附着时间：各次attach成功的时间相加/成功attach的次数。
attach成功时间定义为手机发出第一个Attach Request后到收到GPRS attach accept信令
WAP测试：对每点做10次WAP网站登陆测试，注意每次需清除手机的缓存区；对每点做10次页面更新测试，方法为任意选择十个内容页面进行访问。
测试记录项目及定义：
a. PDP激活成功率： PDP激活成功次数/总尝试次数次数×100％
PDP激活成功指在手机发出Activate PDP Context Request后在15 秒钟内收到Activate PDP Context accept信令
b. PDP平均激活时间：各次PDP激活成功的时间相加/PDP激活成功次数。
PDP激活成功时间的定义为手机发出第一个Activate PDP Context
Request后到收到Activate PDP Context Accept的时间。

既然第三层信令消息如此重要，那究竟什么是layer 3 messages，它包括哪些消息、完成哪些功能？GSM规范中做以下定义：
Layer 3 提供三种主要的管理功能：
无线资源管理：寻呼、加密设置、频率复用、分配信道、切换、测量报告；
移动管理：鉴权、位置更新、IMSI attach/detach等；
通话管理：通话控制、附助服务、DTMF、SMS。（详见附表一）
第一部分：基于GSM 的DT测试部分
下面我着重举例介绍第三层信令消息的起呼、切换、位置更新、挂机的信令流程。以下举例以MOTOROLADT测试专用仪表TEMS为准。（各种DT测试仪表都有layer 3 messages消息框）
TEMS的主界面如图一：
图中主要有：General information、Serving cell、Serving and neighbouring cells、Radio environment、Dedicated channel、Graphical presentation、Layer 3 messages等消息框。
图一： TEMS 运行主界面
在介绍第三层信令消息之前，有必要先介绍MS建立通话的信令流程，下面介绍MS做主叫：（MS Originated Call Signalling Example）呼叫信令流程。 见图二：
图二：MS 主叫的信令流程图：
CHANNEL REQUEST
（RACH）CHANNELREQUIRED
CHANNELACTIVATION
CHANNELACTIVATIONACKNOWLEDGE
IMMEDIATEASSIGNMENTCOMMAND
IMMEDIATEASSIGNMENT （AGCH）
CMSERVICEREQUEST（SDCCH）
ESTABLISHINDICATION
CMSERVICEREQUEST
UA （SDCCH）
PROCESSACCESSREQUEST
AUTHENTICATE
AUTHENTICATIONREQUEST
（鉴权） AUTHENTICATIONREQUEST （SDCCH）
AUTHENTICATIONRESPONSE （SDCCH）
DT1（AUTHENTICATIONRESPONSE）AUTHENTICATIONRESPONSE
SETCIPHERINGMODE
DT1（CIPHERINGMODECOMMAND）
ENCRYPTIONCOMMAND
（加密）CIPHERINGMODECOMMAND（SDCCH）
CIPHERINGMODECOMPLETE （SDCCH）
DT1（CIPHERINGMODECOMPLETE）
ACCESSREQUESTACCEPTED
FORWARDNEWTMSI
TMSIREALLOCATIONCOMMAND
TMSIREALLOCATIONCOMMAND
TMSIREALLOCATIONCOMMAND
TMSIREALLOCATIONCOMPLETE
TMSIACKNOWLEDGE
SETUP （SDCCH）
DT1（SETUP）
SENDINFOFORORIGINATEDCALL
COMPLETECALL
DT1（CALLPROCEEDING）
CALLPROCEEDING （SDCCH）
DT1（ASSIGNMENTREQUEST）
PHYSICALCONTEXTREQUEST
PHYSICALCONTEXTCONFIRM
CHANNELACTIVATION
CHANNELACTIVATIONACKNOWLEDGE
ASSIGNMENTCOMMAND （SDCCH）
SABM （FACCH）
ESTABLISHINDICATION
UA （FACCH）
ASSIGNMENTCOMPLETE （FACCH）
DT1 （ASSIGNMENTCOMPLETE）
CHANNELRELEASE
CHANNELRELEASEACKNOWLEDGE
DT1（ALERTING）
振铃ALERTING（FACCH）
DT1（CONNECT）
接通CONNECT （FACCH）
CONNECTACKNOWLEDGE（FACCH）
DT1（CONNECTACKNOWLEDGE）


从上图可以看到：MS 做主叫的呼叫流程图很复杂，在第三层信令消息框中却远没有那么复杂，只显示MS —BSS之间的信令流程，不显示到MSC及VLR的流程项，从而大大简化了呼叫流程的分析步骤。在起呼的过程中第三层信令消息框主要显示如下信令消息：
MS：UL：Channel request (RACH)
BSC： DL：Immediate assignment(AGCH)
MS：UL：CM SERVICE REQUEST
BSC： DL：CM SERVICE ACCEPT
MSC： DL：SYSTEMINFORMATIONTYPE 6
MS：UL：MEASUREMENTREPORT
MSC： DL：SYSTEMINFORMATIONTYPE 5
MS：UL：MEASUREMENTREPORT
MS：UL：Setup(SDCCH)
BSC： DL：Assignment command (SDCCH)
MS：UL：Assignment complete (SDCCH)
MSC： DL：Alerting (FACCH)
MSC： DL：Connect(FACCH)
MS：UL：Connect acknowledge(FACCH)

图三为用 TEMS 进行DT测试时 ，当MS 为主叫，从起呼到接通的第三层信令流程。可以看到由 MSC 发起的鉴权（AUTHENTICATE）、加密（CIPHERING）的过程都找不到，替代的是 ： DL： SYSTEMINFORMATIONTYPE 6 或 5
UL： MEASUREMENTREPORT
图三： MS 主叫 ：起呼到接通的第三层信令消息流程：
MS 摘机（DISCONNECT）的第三层信令消息主要是：
UL：DISCONNECT
DL：RELEASE
UL：RELEASECOMPLETE
DL：CHANNELRELEASE 具体流程如图四：
图四：MS 做摘机（DISCONNECTRELEASEBYMS）
大家都知道，切换是分好多种的，小区内切换、同BSC小区间切换、同MSC小区间切换、MSC间小区切换。但是无论是哪种切换，在第三层信令消息中只显示如下信令消息：
DL ： HANDOVERCOMMAND
UL ： HANDOVERACCESS
DL ： PHYSICALINFORMATION
UL ： HANDOVERCOMPLETE
DL ： PHYSICALINFORMATION详见图五：
图五：关于切换的第三层信令消息：

接着介绍由于切换不成功产生掉话的第三层信令流程，此例发生在MS 主叫摘机时已发出DISCONNECT消息，由于无线环境恶化，在DL 没有来得及发： CHANNELRELEASE消息时发生的切换，无线环境的急剧恶化导致切换失败，转为空闲模式（IDLE）。因为MS 已发出 UL：DISCONNECT 消息，按照中国移动集团公司城市DT测试规范，此次通话记为正常释放，不记为掉话。具体的第三层信令消息流程如下：
UL：DISCONNECT
DL：RELEASE
UL：RELEASECOMPLETE
DL：HANDOVERCOMMAND
UL：HANDOVERACCESS
UL：HANDOVERFAILURE详见图六：
图六：切换不成功的第三层信令消息 （HANDOVERFAILURE）

下面是 MS 做被叫（ MSTERMINATEDCALL）的第三层信令流程，MS做被叫时的第三层信令消息很类似，只是PAGING 由 DL发起，由MS发送
UL ：PAGINGRESPONSE 。寻呼过程流程为：
DL：PAGINGREQUESTTYPE 1
UL：CHANNELREQUEST
DL：IMMEDIATEASSIGNMENT
UL：PAGINGRESPONSE
DL：SETUP
UL：CALLCONFIRMED
DL：ASSIGNMENTCOMMAND
UL：ASSIGNMENTCOMPLETE
UL：ALERTING
UL：CONNECT
DL：CONNECTACKNOWLEDGE详见图七：

图七： MS做被叫的呼叫流程（ MSTERMINATEDCALL）

下面介绍MS 做位置更新时的第三层信令消息流程。由于MS在通话时不做位置更新，摘机后在空闲状态下立即做位置更新，所以在城市DT测试中会经常发生 MS通话时跨过位置区 （LAC） 的情况，在通话结束后立即开始做位置更新。第三层信令消息流程如下：
UL：DISCONNECT
DL：RELEASE
UL：RELEASECOMPLETE
DL：CHANNELRELEASE （紧接着开始做位置更新）
UL：CHANNELREQUEST
DL：IMMEDIATEASSIGNMENT
DL：IMMEDIATEASSIGNMENT
UL：LOCATIONUPDATINGREQUEST
DL：AUTHENTICATIONREQUEST
UL：AUTHENTICATIONRESPONSE
DL：LOCATIONUPDATINGACCEPT
UL：TMSIREALLOCATIONCOMPLETE
DL：CHANNELRELEASE 详见图八：
图八：跨位置区的通话结束后的位置更新

接下来介绍在日常DT测试中关于未接通、掉话的两个例子。
例一：未接通测试方式：DT
在DT测试中，MS的服务小区为：LAC：13588CI：4732，通话到达预定时长后正常释放，当MS进行下一次起呼时，从表示图上可以看到有瞬间的通话质量极差（quality 为 七级），紧接着释放。表示图上并不是很明显的反映出发生了一次未接通，但从第三层信令消息框可以明确地看到：上行 UL：CMSERVICEREQUEST 信令发出后，没有下行的响应，通话状态由起呼直接转为空闲模式（IDLE）。由此可以断定发生了一次未接通。其原因可能为该小区的 SDCCH 拥塞。第三层信令依次为：
UL：CHANNELREQUEST
DL：IMMEDIATEASSIGNMENT
UL：CMSERVICEREQUEST
DL：SYSTEMINFORMATIONTYPE4
DL：SYSTEMINFORMATIONTYPE3详见图九：
图九：未接通

例二：掉话测试方式：DT
在DT测试中，MS的服务小区由4033切到4032，又切至4391，起初4391的level值还较高，突然一个深衰落，下行的 level 落到 —100dBm以下，导致通话质量出现连续七级，最终导致掉话。这期间有一个最强邻区4643，BCCH为16，但是4032、4033都没有切到4643小区去。可能上述小区间切换门限设置不恰当，也可能是4643小区拥塞，造成不能正常切换，从而导致掉话。该报告的第三层信令依次为：
DL：SYNCHCHANNELINFORMATION
UL：MEASUREMENTREPORT
DL：SYSTEMINFORMATIONTYPE4
DL：PAGINGREQUESTTYPE1
由第三层信令消息可以看出：MS 原处于通话状态，因为上行 MS 一直在发送：
UL： MEASUREMENTREPORT （只有通话过程中才发送测量报告）。由于无线环境急剧恶化，通话过程中产生极大的误码，造成 MS ——BSC间无法正常通信，最终导致掉话。详见图十：
图十：掉话

第二部分：基于GPRS 的DT 测试部分
GPRS为中国移动新推出的数据业务，主要提供移动数据业务，虽然刚开始运营，但日益上升的用户数和数据需求量不容我们忽视，我们应尽快地掌握GPRS技术，为用户方便、快捷的使用提供保障。
在刚刚公布的《中国移动通信集团公司2002年全国城市GPRS网运行质量现场测
试技术规范书》用第三层信令消息描述了测试记录项目及定义。其中主要是
a． GPRS 附着成功率
b． PDP激活成功率
GPRS 附着成功指在手机发出GPRS Attach Request后在15秒钟内收到GPRS attach accept信令。PDP激活成功指在手机发出Activate PDP Context Request后在15 秒钟内收到Activate PDP Context accept信令。

在此我着重介绍这两项在第三层信令消息中的描述，以下举例均使用MOTOROLA 专用测试 GPRSDT 测试工具： MDTT。首先，简要介绍一下GPRS附着成功的信令流程：


AttachRequest

IdentityRequest

IdentityResponse

AuthenticationRequestAuthenticationRequest

AuthenticationResponseAuthenticationResponse

IMEI Check

AttachAccent

AttachComplete


同样对于GPRS 附着成功的第三层信令消息只显示空中无线接口的信令消息，具体流程如下：
DL：PAGINGREQUESTTYPE 1
UL：ATTACHREQUEST
DL：PAGINGREQUESTTYPE 1
UL：CHANNELREQUEST
DL：SYSTEMINFORMATIONTYPE 4
UL：PAGINGREQUESTTYPE 1
DL：IMMEDIATEASSIGNMENT
DL：AUTHENTICATIONANDCIPHERING
DL：SYSTEMINFORMATIONTYPE 4
UL：AUTHENTICATIONANDCIPHERING
DL：SYSTEMINFORMATIONTYPE 3
DL：AUTHENTICATIONANDCIPHERING
DL：ATTACHACCEPT
UL：AUTHENTICATIONANDCIPHERING
UL：ATTACHCOMPLETE详见图十一
图十一：GPRS 附着成功的第三层消息信令流程
激活一个 PDPCONTEXT 意味着发起一个分组数据业务呼叫，可以由MS 请求发起 PDPCONTEXT激活（MO），也可以由网络请求发起PDPCONTEXT激活（MT）。 GPRSDT测试规范中是由MS请求发起PDPCONTEXT激活，其信令流程简图如下：


ActivatePDPContextRequest

SecurityFunctions

CreatePDPContextRequest

CreatePDPContextResponse

ActivatePDPContextAccept

PDPPDUTransmission


PDPCONTEXT 激活成功的第三层信令消息流程如下：

UL：ACTIVATEPDPCONTEXTREQUEST
DL：PagingRequestType1
UL：ChannelRequest
DL：SystemInformationType1
DL：PagingRequestType1
DL：ImmediateAssignment
DL：ACTIVATEPDPCONTEXTACCEPT
DL：PagingRequestType1

在DT测试中，PDPCONTEXT激活成功的第三层信令消息显示如下图：



图十二：PDPCONTEXT激活成功的第三层消息信令流程


以上总结了在DT测试中，对一些测试指标如：接通率、掉话率、GPRS附着成功、PDPCONTEXT 激活成功等用第三层信令消息来描述的情况。当然，第三层信令消息还对其他许多事件进行描述，这里不一一阐述。需要注意的一点是：第三层信令消息与信令消息有很大区别，第三层信令消息只显示MS——BSS即空中无线接口的信令消息，而信令消息则是对全网所有 NE 而言，相比之下要复杂得多。





附表一：GSM 第三层信令功能详释
GSM functional layering:

The layering of GSM functions is partially based on the seven layer model for open systems interconnection suggested by the ISO. Each layer performs a specific set of functions that are isolated and enhances those performed by the lower layers. This philosophy facilitates a modular approach to implementation. The functions occurring at one layer have only limited interaction with those at another. This provides a degree of flexibility for future improvements without redesigning the entire system.

Layer 1 - Physical
Layer 1 comprises the physical channel layer and is concerned with transmitting and receiving coded information symbols over the radio link. Layer 1 features include the TDMA frame structure and frequency hopping.
Layer 2 - Transport
Layer 2 features include the multiplexing and demultiplexing of logical channels.

Layer 3 - Management
Layer 3 provides for the three major management functions:

Radio resource management (paging, cipher mode set, frequency redefinition, assignments, handover, measurement reports, and so on).
Mobility management (authorization, location updating, IMSI attach/detach, periodic registration, ID confidentiality and so on).
Call management (control, supplementary services, Dual Tone Multi-Frequency (DTMF), Short Message Service and so on).
The figure below summarizes the GSM functional layering.