电信3Gevdo 信令详解.docx
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电信3Gevdo信令详解
【杭州】3G上网信令揭秘
本文整理了3G上网在BSC上跟踪的信令全过程，对A11、A12接口信令做详细解析。
另外，跟踪了3G连接时直接拔卡、直接关机等状态下信令，和产生的原始话单、计费话单进行对比，证明休眠时间不计费、直接拔卡关机均计费正常，并解析AAA正确得出用户休眠次数和激活上网时间的话单原理。
从测试到整理成文，我用了一个多月的时间。
除了自己懒、上班时间没空整理文章等因素外，更多的原因是我真的花了很多时间去悟透BSC上跟踪到的DO上网信令。
所以请相信这篇文章值得对3G感兴趣的你花时间去看。
共享给大家，希望对你排障有所帮助。
感谢华为工程师帮忙修改，7月21日根据建议修改本文。
加附件5，附件5是本文原稿加工程师批注，批注的内容正是我没注意的细节，没时间看本文的同志可下载附件5后查看。
一、理论知识
在解析DO上网信令之前，先介绍一下分组域网络架构和相关接口，因为在跟踪到的信令中涉及到各接口，DO网络架构如下所示：
CDMA分组域系统采用省中心模式，所有核心设备（PDSN、AAA、ANAAA）都放置在杭州。
地市PCF（PacketDataServingNode，可和BSC合设，也可是单独的设备。
例如华为BSC合设PCF，北电是单独的设备RNC/PCF）通过网络设备汇聚后接入杭州的CE,通过CE访问PDSN和AAA等网元。
上图中，AT（AccessTermination）是接入终端，例如手机或者上网卡；BTS是基站，BSC是基站控制器。
分组域核心设备包含PDSN、AAA、ANAAA。
PDSN（PacketDataServingNode）是分组数据服务节点，是CDMA分组网里的关键设备，它完成和无线网络（PCF）及IP网络的接口，起着桥梁的作用，PDSN和移动终端建立PPP连接，把终端来的PPP的数据转换成标准的IP数据，路由到IP网络，同时，将网络来的IP数据封装在PPP里传送给终端，将PCF来的计费参数和自身统计的计费参数结合形成UDR格式传送给AAA；AAA（Authenticaion,AuthorizaionandAcounting）对用户发起的业务进行认证、授权、计费消息采集、计费详单文件的生成，它根据用户名判断用户申请的业务类型，每个用户名代表一种业务，如用户名WAP代表用户申请WAP业务的连接，另外AAA根据用户名判断是否需要向业务网关发送计费消息，根据IMSI判断是否向归属地发送计费消息；AN-AAA是3G阶段新增加的鉴权接入设备，执行3G设备的接入认证和授权功能，在CDMA1X网络中不需要这个网元。
另外HA--HomeAgent是归属地代理，负责和PDSN/FA建立MobileIP隧道，负责解封装从反向隧道中传来的用户数据，路由到Interne。
该设备在MobileIP网络中存在，在SimpleIP网络中不存在。
当前现网是SimpleIP网络，因此在浙江分组域网络里不存在该设备。
上图包含如下接口：
Um：
空口，是终端和基站之间的接口。
部分终端在BSC上无法跟踪到任何信息，因为问题终端根本没有上发空口消息，或者消息没有到BSC这一层。
可用QXDM软件跟踪到终端发送和接收到消息，但该软件如何跟踪我不会用，希望会用得同志共享。
Abis：
连接基站BTS和基站控制器BSC。
A8、A9：
BSC内部接口，和PCF交互接口。
A8是业务数据传递，A9传输信令消息。
A10、A11：
PCF和PDSN接口。
A10是用户业务通道，A11走信令消息。
A12：
PCF与AN-AAA之间用于接入认证的信令通道接口。
另外1X网络还有BSC和MSC之间的A1口：
用于传输MSC（呼叫控制和移动性管理功能）和BSC之间的信令消息。
当CDMA1X用户拨号时，BSC内的PCF经A11口向PDSN发送建链请求，PDSN向AAA发送用户的认证请求，通过认证后PDSN给用户分配IP地址，PCF和PDSN之间建立PPP链接，用户可访问INTERNET网络。
当3G用户接入时，PCF先通过A12接口向ANAAA发送接入请求，ANAAA通过用户认证后，PCF向PDSN送建链请求。
另外ANAAA和HLR之间有2M线连接，以获取HLR上用户的SSD数据做用户接入认证。
可见3G用户上网在分组域的认证和CDMA1X类似，唯一的区别是：
1X网络中是要先往MSC（HLR）发起基于设备的认证，DO是发起到ANAAA的基于设备的接入鉴权认证。
二、实际信令跟踪解析
BSC上跟踪信令见附件1。
其中第1~263行是插入上网卡的位置登记过程，第264~304行是拨号过程，第305~2419行是DO上网过程中跟踪到的信令，第2420~2436行是断开连接时的信令。
MSCE上跟踪到的信令见附件2，只在插入上网卡的位置登记过程中跟踪到相关信令（1X网络接入请求，做位置登记）。
现对各过程重要信令进行解析。
在插卡1X 位置登记、3G接入认证过程，详解A12接口到ANAAA认证的信令；
在拨号过程，详解到PDSN的A11接口信息；
在上网过程，解析从激活进入休眠态、从休眠进入激活态的信令，主要解析A11接口信息；
断开连接后，解释AAA产生的原始话单各字段含义，并和企信部最终的话单进行对比，和BSC实际跟踪到的相关信息进行比对，证明休眠时间不计费，只计费激活时间。
1、插卡时，1X 位置登记、3G接入认证过程
在用户终端设置成仅DO模式时只有3g网络的接入鉴权，终端只有在混合模式的时候才会发生1x网络的接入鉴权。
一般上网卡默认是混合模式，早期个别自带的客户端可设置仅DO的模式。
智能手机上可设置混合模式和仅DO模式。
当前测试终端是上网卡，用集团公司统一客户端，默认混合模式状态下，因此在插入上网卡或者3G手机开机时，同时向1X网络做位置登记、向3G网络做接入鉴权认证：
● BSC通过A1口向MSCE注册1X网络：
需要说明的是，1X和DO的鉴权是独立的过程，即使在1X位置登记过程没有成功，也不影响以下DO的鉴权。
例如：
最初杭州首次拨通DO时，就是用6850仅开通DO功能的帐号拨测。
有条件的话，感兴趣可做如下测试验证：
省内漫游号码未开通漫游功能，则在A1口会拒绝位置登记请求（原因是漫游不允许），不能1X上网；跟踪A12口则将发现BSC仍旧向省ANAAA平台发送认证请求，只要用户DO功能正常开通，则全省共用的ANAAA平台会通过用户认证。
● BSC通过A12口向ANAAA注册3G网络：
双击第255行，查看A12口接入请求携带的信息：
由上可知向A12口发送的是用户的ESN、用户名、32位鉴权随机数和鉴权值，并不包含IMSI（虽然user-name字段由IMSI和域组成，但并不代表是IMSI字段），因此在BSC上跟踪A12口要根据ESN跟踪。
鉴权值是这样获得的：
对于MD5算法用户，初始值是NAI（用户名）、鉴权随机数、鉴权密码通过MD5算法获得的值；对于CAVE算法用户，初始值是IMSI、鉴权随机数、SSD、ESN（或者MEID）通过CAVE算法获得的值。
另外从A12接口消息可见SSD并不在网络中传播的，分别在UIM卡和HLR或者ANAAA中有保存。
A12返回的消息A12_Access_Acept是通过请求，具体消息如下：
A12认证通过时，返回callback-id,该值是在ANAAA设置，每个帐号对应一个callback-id，即IMSI。
BSC返回的A12信息里，callback-id每两位一组，第一组不读，均看每组的第二位，得到IMSI：
460036060588576。
● MSCe侧跟踪到的1X网络位置登记信息
总结：
（1）插卡或者开机过程，通过A1口向1X网络做位置登记，通过A12口向3G网络做认证请求；
（2）无论是MD5算法还是CAVE算法，A12口上报参数都一样的，包含：
ESN、用户名、鉴权密码、32位鉴权随机数、鉴权auth值。
ANAAA保存的数据包含：
用户名、密码、ESN、SSD（如果HLR上设置用户SSD共享，则ANAAA保存SSD）。
如果用户是MD5算法，则终端根据NAI（用户名）、鉴权随机数、鉴权密码做为算法初始值，MD5算法得到鉴权值，ANAAA也根据保存的用户名、密码参数以及网络上传的随机数用MD5算法得到鉴权结果，和终端上传得鉴权值比对，一致则通过鉴权。
如果用户是CAVE算法，则终端根据NAI、鉴权随机数、SSD、ESN（或者MEID）做为算法初始值，CAVE算法得到鉴权值，ANAAA也根据保存的用户名、ESN、SSD参数以及网络上传的随机数通过CAVE算法得到结果，和终端上传的鉴权值比对，一致则通过鉴权。
（3）注意reject消息，例如：
[A12]A12AcessReject。
说明是A12接口拒绝接入，DO鉴权不通过。
双击该reject消息，可查看相关原因（例如用户不存在）。
例如：
A12-AccessReject拒绝消息如下：
拒绝原因是A12-AccessRequest里的HardwareID值错误。
双击认证请求A12-AccessRequest消息可查看到HardwareID（ESN）值。
双击A12-AccessRequest可以看到最下面HardwareID信息（如下图所示）。
这是因为部分终端上报了终端本身的ESN，而不是UIM卡的ESN，和ANAAA所存ESN不一致，因此拒绝。
（此拒绝消息仅在后期ESN绑定认证DO时才会出现。
当后期ESN绑定时，ANAAA在比对鉴权值之前，需要比对A12接口上报的HardwareID/esn和ANAAA所存的ESN，若不一样则拒绝。
当前网络没有绑定ESN，则只需比对鉴权值）
MD5算法认证失败，则肯定是密码错误。
因为MD5算法的初始值只有用户名和密码，若用户名有误不存在，会有usernotexit的拒绝提示。
（4）之所以详细介绍A12信令，因为这是DO和1X上网的唯一区别。
若用户能上1X不能上DO，则只需跟踪A12接口。
但发现有些上网卡（主要是华为的所有上网卡）A12接口上报的ESN是上网卡终端的，而非UIM卡号码对应的ESN。
此时需跟踪该终端的ESN，而非跟踪号码的ESN。
另外6800等插卡的水货机，需跟踪UIM卡号码对应的ESN。
2、 拨号过程
附件1第264~304行是拨号过程。
现网中，各地市PCF经CN2和分组域核心网相连。
现网当前有多台PDSN负荷分担工作，由两台FACN（ForeignAgentControlNode）服务器来实现对PDSN集群控制：
PCF侧配置FACN的地址来指向FACN，同时配置PDSN路由。
当终端发起一次数据业务时，PCF第一次通过A11接口向FACN发送注册请求，FACN回复PDSN地址给PCF，PCF再次通过A11接口向FACN指定PDSN发送注册请求。
实际BSC上跟踪如下所示，和理论一致：
IMSI在A12接口是不上报的，在A11接口请求消息里才有。
A12鉴权通过时ANAAA会返回用户的IMSI（上面已给出，即A12消息里的callback-id），A11接口上报的IMSI就是从A12回应消息中获取的。
双击第276行可以看到IMSI：
发现第283行A11接口请求类型是activetype。
即对应airlinkrecorttype值为2时，是激活请求。
告知PDSN用户属于激活态。
总结：
拨号过程在BSC侧可查看到A11接口发送的信息，IMSI在此消息中上报。
若碰到用户投诉不能上网，我们可查看A11接口有无向PDSN发送消息，若有则需要省网运核心网PDSN、AAA侧跟踪消息查看原因。
3、 上网过程
附件1第305~2419行是DO上网过程中跟踪到的信令，主要是空口、Abis口、A9、A11口上的信息，期间有终端休眠行为的信令。
在BSC上可设置休眠时间，BSC上执行“LSTDOSDUPARA”命令，可查看BSC侧设置的DO进入休眠的时间，例如查看某BSC的2框配置数据，执行LSTDOSDUPARA:
FN=2;可看到结果中有：
去激活定时器长度（秒）=30
说明设定进入休眠时间是30秒。
休眠时，终端和基站之间不存在空中业务信道，断开空口（Um，手机和基站接口）、Abis口（基站和基站控制器接口）、A8（BSC内部和PCF的接口），保持终端、接入网AN之间的session,保持终端、接入网AN、PDSN之间的PPP链接（即状态保持），另外A10接口保持。
以下是一次进入休眠时的相关信令：
本次上网过程共有10次休眠，对应Abis口释放消息：
第329行、第587行、第610行、第869行、第1119行、第1370行、第1621行、第1654行、第1916行、第2168行。
对应有10次激活。
和后面AAA话单数据一致。
从休眠状态进入激活态包括Um口、Abis口、A8口的建链请求消息，例如第551行到566行：
每次从休眠态进入激活态均有A11信息，类型是激活。
由于进入激活和休眠均有A11信息上发到PDSN，这样PDSN就知道用户整个上网过程的激活时间。
总结：
上网过程中，用户反复进入休眠、激活，进入休眠时断开空口（Um，手机和基站接口）、Abis口（基站和基站控制器接口）、A8口（BSC内部和PCF的接口），只保持Session；从休眠状态进入激活态包括Um口、Abis口、A8口的建链请求。
每次进入休眠或者进入激活态，均有A11接口请求消息，请求类型不一样（激活或者停止）。
4、 断开连接过程
附件1第2420~2436行是断开连接的信令，包括Um口、Abis口、A8、A10口的断开消息。
A11消息如下：
这条消息和进入休眠态消息的airlinkrectype值一样，但A11消息有所区别，断开链接的A11请求里uslifetime的值为0：
对A11接口信息做如下总结：
不管是始呼、拆线，还是切换，每次建立PPP连接，或者拆PPP连接，BSC都会上报一条A11RegistrationRequest消息，里面的CVSE部分会带一个airlinkrectype字段，共有3种值：
Y1=1，setuptype类型表示PPP连接建立了；Y2=2,activetype表示业务信道建立了，终端激活态开始计费；Y3=3,stoptype表示业务信道拆除了，终端进入休眠态结束计费。
终端的状态分3种：
空闲态：
没有拨号的时候。
这时空口和PPP都是不存在的。
休眠态：
没有数据传送的时候。
这时没有空口，但是有PPP。
激活态：
既有空口又有PPP，这个阶段才会计费。
对应这几种状态间的切换：
1）空闲态拨号即进入激活态，这时会有两条A11消息，分别记录Y1和Y2，Y1代表PPP连接，Y2代表激活态开始计费；
2）用户从激活态进入休眠态，也会发生一条A11消息，记录为Y3，代表进入休眠态，结束计费拆除业务信道；
3）用户从休眠态到激活态，会产生一条消息，记录为Y2，代表终端进入激活态，开始计费；
4）用户拆掉PPP连接，或者PDSN/BSC检测到用户掉网，则记录Y3，代表结束计费。
并根据uslifetime=0告知PDSN可出“终止话单”。
根据开始计费和结束计费的A11请求，PDSN由Y2、Y3的时间算得激活时间，最终告知AAA激活时间、休眠次数等相关字段产生正确的计费话单。
进入休眠态和断开链接的airlinkrectype字段值一样，但是uslifetime值不一样，为0时是断开链接产生话单。
5、 产生话单
整个上网过程大致经过18分钟，在AAA产生3条话单：
起始话单、中间话单和结束话单，具体话单如下：
AAA_01_20090601_1440_3829.TXT:
81491018615306514128460036060588576122.229.109.244ctnet@I3nJAAABI3nJAEaQ11|10.0.0.0115.168.12.43172.26.68.103729000B1131460030059100124383892100000001
AAA_01_20090601_1500_3831.TXT:
33953018615306514128460036060588576122.229.109.244ctnet@I3nJAAABI3nJAEaQ11|10.0.0.0115.168.12.43172.26.68.103729000B11314600300591004727002162811012438398214818001243839821000000019004727002162811
AAA_01_20090601_1500_3831.TXT:
65242018615306514128460036060588576122.229.109.244ctnet@I3nJAAABI3nJAEaQ01|10.0.0.0115.168.12.43172.26.68.103729000B11314600300591030472920616288301243840002597100012438400020000000110814729206162883
第2个字段有1、2、3三种值：
1代表开始话单，2代表结束话单，3代表中间话单。
产生中间话单的时间是在PDSN侧设置的，现设置15分钟产生一条中间话单。
一般计费看结束话单即可，包含时长流量等信息。
三条话单各字段均符合相同的定义，现对结束话单的关键字段做解释（红色字体）。
2：
话单第2个字段是计费状态，2代表结束话单，另外其他对应值1代表开始话单，3代表中间话单。
0：
话单第3个字段是漫游类型，0代表本地，另外其他对应值1代表省际漫入，2代表省际漫出，3代表国际漫入，4代表国际漫出。
1：
话单第4个字段是付费类型，1代表普通，另外其他对应值0代表未知，2代表预付费，3代表内容计费，4代表内容计费的预付费。
8615306514128：
话单的第5个字段是用户号码。
460036060588576：
话单的第6个字段是用户IMSI号码。
122.229.109.244：
话单的第9个字段是用户获得的IP地址。
ctnet@：
话单的第10个字段是网络接入标识，即用户帐号。
0：
话单的第15个字段是会话继续标示，0代表是最后一条话单，另外1代表不是该会话的最后一条话单，还有后续话单，因此开始话单中间话单该字段都是1。
115.168.12.43：
话单的第20个字段是PDSN地址。
172.26.68.10：
话单的第21个字段是服务PCF地址。
每个地市PCF地址不同，以此也能区分各个地市。
3729000B1131：
话单的第22个字段是基站标识BSID，由SID、NID、CELLID组成，均是16进制的。
杭州SID是3729，NID是000B，113是基站，1是扇区。
59：
话单的第28个字段是所用CDMA网络类型，59代表EVDO。
另外33代表CDMA1X。
1：
话单的第29个字段是IP技术类型，1代表简单IP。
另外2代表移动IP。
4729206：
话单的第35个字段是发送给用户的字节数，即用户接收字节数，下行流量。
162883：
话单的第36个字段是用户发起的字节数，即上行流量。
1243840002：
话单的第38个字段是事件时间戳。
是从1970年1月1日0时0分0秒开始计数，每一秒加1。
开始话单的时间戳是1243838921，中间话单是1243839821，相隔900秒（和15分钟产生一条中间话单的设置一致），结束话单是1243840002，用户总时长为1243840002-1243838921=1081秒。
597：
话单的第39个字段是激活时长。
休眠态不计费，实际计费按照用户的激活时长597秒，而不是总时长1081秒。
10：
话单的第40个字段是激活转换次数，即一次PPP连接中从休眠状态到激活状态转换的次数。
本次上网总共经历了10次休眠和激活。
1243840002：
话单第43个字段是用户最后一次激活时间戳。
1081：
话单的第54个字段是会话时长，包括激活时长和休眠时长，结束话单与开始话单时间戳的差值一致。
4729206：
话单的第55个字段是用户发出的上行包数。
该字段现有问题，取了下行字节数，应在后期升级改进中。
162883：
话单的第56个字段是PDSN发送给用户的包数，即下行包数。
该字段现有问题，取了上行字节数，应在后期升级改进中。
企信部销账平台取的实际计费话单：
业务类型
计费类型
日期时间
通信所在地
时长
用户通话所在CELLID
流量（KB）
费用
减免
实收
ctnet@
按时长计费
2009-6-114:
56
杭州
9分57秒
0
4777
1
1
0
从上表实际计费话单可以看出实际计费时长确实是按照激活时长597秒计算的，另外流量是按照上下行总流量计算的：
（4729206字节+162883字节）/1024=4777KB。
另外值得注意的是，此处的日期时间既不是开始拨号的时间，也不是结束的时间，而差不多是开始上网的时间加上计费时长。
（这样的计费时间是否不合理？
有时候认真的用户容易较真，认为自己此时间没有上网。
建议AAA或计费部门再测试确认一下）
三、直接关机、直接拔卡测试
以上已测试证明了用户休眠状态下是不计费的。
另外用户可能关注：
上网连接时没有断开，直接关机或者直接拔卡会怎么样。
以下测试直接拔卡和直接关机情况。
1、直接拔卡测试跟踪见附件3。
对应时间动作如下：
15：
06插卡，见第1~277行。
15：
15：
26拨号，见278~307行。
上网过程见308~2308行。
15：
32：
20直接拔卡2308行之后就是拔卡后的消息。
可见拔卡后进入休眠，第2313行A11消息如下：
之后有很多寻呼消息，一直到15：
34：
59发送A11消息结束。
对应AAA产生话单如下：
98731018615306514128460036060588576122.229.72.151cardTF6OAAABTF6OAEnd11|10.0.0.0115.168.12.37172.26.68.103729000B1131460030059100124651892700000001
363018615306514128460036060588576122.229.72.151cardTF6OAAABTF6OAEnd11|10.0.0.0115.168.12.37172.26.68.103729000B1131460030059100825694090124651982734580012465198270000000190082569409
83932018615306514128460036060588576122.229.72.151cardTF6OAAABTF6OAEnd01|10.0.0.0115.168.12.37172.26.6
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