GSM层三信令分析.docx
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GSM层三信令分析
技术文件
技术文件名称：
GSMUm接口第三层RR子层
1概述3
1.1RR子层向上层提供的服务3
1.1.1空闲模式（Idlemode）3
1.1.2专用模式（Dedicatedmode）4
1.1.3组接收模式（Groupreceivemode）4
1.1.4组传输模式（Grouptransmitmode）4
1.1.5包空闲模式（Packetidlemode）4
1.1.6包传输模式（Packettransfermode）4
2RR子层的信令过程5
2.1空闲模式5
2.2RR连接建立5
2.2.1MS发起建立过程5
2.2.2寻呼过程RR连接建立6
2.3专用模式信令过程7
2.3.1SACCH过程（SACCHprocedure）7
2.3.2消息传输和链路层服务规定（Transferofmessagesandlinklayerserviceprovision）7
2.3.3通道分配过程（Channelassignmentprocedure）7
2.3.4切换过程（Handoverprocedure）7
2.3.5频率重定义过程（Frequencyredefinitionprocedure）8
2.3.6通道模式改变过程（Channelmodemodifyprocedure）8
2.3.7加密模式设置过程（Cipheringmodesettingprocedure）8
2.3.8附加通道分配过程（Additionalchannelassignmentprocedure）9
2.3.9部分通道释放过程（Partialchannelreleaseprocedure）9
2.3.10等级标志改变过程（Classmarkchangeprocedure）9
2.3.11等级标志查询过程（Classmarkinterrogationprocedure）9
2.3.12通知指示和寻呼信息（Indicationofnotificationsandpaginginformation）9
2.3.13RR连接释放过程（RRConnectionreleaseprocedure）9
2.3.14RR实体接收RRSTATUS消息（ReceivingaRRSTATUSmessagebyaRRentity）10
2.3.15组接收模式过程（Groupreceivemodeprocedures）10
2.3.16配置改变过程（Configurationchangeprocedure）10
2.3.17在多时隙配置中映射用户数据流到时隙（Mappingofuserdatasubstreamsontotimeslotsinamultislotconfiguration）10
2.3.18在频带改变时处理等级标志（HandlingofClassmarkInformationatbandchange）11
2.3.19分配包数据通道（AssignmenttoaPacketDataChannel）11
2.3.20RR网络请求小区改变（RR-NetworkCommandedCellChangeOrder）11
2.4消息结构12
1
概述
在GSMUm接口第三层中，一共包括三个子层：
连接管理CM（ConnectManagement）子层，移动管理MM（MobilityManagement）子层，无线资源管理RR（RadioResourceManagement）子层。
这三个子层在MSC或BSC中分别有对等实体，下面是GSM用户侧协议模型，从中可以看出Um接口第三层各协议实体及其对等实体：
RR子层的作用主要是建立、维护及释放无线连接，从而允许MS（MobileStation）与网络进行点到点通信，这包括：
小区的的选择和重选，以及切换等，RR子层还包括守听单向BCCH和CCCH通道的功能，从而实现自动小区切换。
如果支持VGCS（VoiceGroupCallService）和VBS（VoiceBroadcastService）功能，RR子层还包括守听NCH（NotificationChannel）通道的功能，以及获取及释放组呼（VoiceGroupCall）通道的功能。
如果支持GPRS（GeneralPacketRadioService）点到点服务功能，RR子层还包括管理包数据物理通道（Packetdataphysicalchannels）。
1.1RR子层向上层提供的服务
1.1.1空闲模式（Idlemode）
在此模式下没有RR连接存在，在MS侧RR子层实现自动小区选择及重选，RR实体将通知上层BCCH/CCCH通道不可用，或小区的改变，当小区或其相关部分改变时，上层还将收到BCCH的广播消息。
在空闲模式，上层可以要求RR子层建立RR连接。
1.1.2专用模式（Dedicatedmode）
在该模式下，已经有RR连接存在，RR连接是一个物理的点到点双向连接，包括一个工作在多帧模式下SAPI=0的数据链路连接。
在该模式下，RR实体提供以下服务：
✓在数据链路层建立和释放多帧操作。
✓通过数据链路层传输消息
✓指示传输暂时的不可用、阻塞和恢复
✓指示RR连接的丢失
✓自动小区重选和切换，从而保持RR连接
✓设置或改变物理通道的传输模式，包括通道类型，编码/解码/变换方式及加密设置。
✓分配、释放额外的通道（在TCH/H+TCH/H方式）
✓释放RR连接
1.1.3组接收模式（Groupreceivemode）
只对支持VGCS监听和VBS监听的MS可用。
在该模式下，在MS侧RR实体提供以下功能：
✓连接到语音广播通道或语音组呼通道
✓在非应答方式下接收消息
✓自动小区重选
✓从语音广播通道断开连接
1.1.4组传输模式（Grouptransmitmode）
只对支持VGCS广播的MS有效。
在该模式下，将建立RR连接，并提供以下功能：
✓在SAPI=0的数据链路层连接传输消息
✓指示RR连接的丢失
✓自动小区重选及切换，从而保持RR连接
✓设置物理通道的传输模式
✓释放RR连接
1.1.5包空闲模式（Packetidlemode）
只对支持GPRS功能的MS可用。
在该模式下，没有TBF（TemporaryBlockFlow）存在，上层可以要求传输LLCPDU，从而建立TBF。
1.1.6包传输模式（Packettransfermode）
只对支持GPRS功能的MS可用。
在该模式下，RR子层将提供以下功能：
✓在应答方式下传输LLCPDU。
✓在非应答方式下传输LLCPDU。
2RR子层的信令过程
2.1空闲模式
在空闲模式，网络将在BCCH通道上定时广播以下消息：
SYSTEMINFORMATIONTYPE2~4
或SYSTEMINFORMATIONTYPE1，2bis，2ter，7，8，13，15，16，17
MS依据这些消息决定是否以及如何访问当前的小区，所广播的消息包括以下一些内容：
✓关于标识当前网络，位置区和小区的消息
✓候选小区信号强度测量信息以实现切换和小区选取
✓关于当前控制通道结构的信息
✓关于访问RACH通道的信息
✓PHASE1协议消息长度
2.2RR连接建立
2.2.1MS发起建立过程
RR子层响应以下消息时，将建立RR连接：
✓MM子层或LLC层请求进入专用模式
✓RR实体响应PAGINGREQUEST消息
RR实体在建立RR连接时，将在RACH通道上发最多M+1个CHANNELREQUEST消息（M是BCCH广播的参数，“maxretrans”）。
在发送完一个CHANNELREQUEST消息后，MS将在BCCH和CCCH通道上守听，发送完所有M+1个消息后，RR实体启动定时器T3126，如果T3126超时，MM子层放弃通道分配过程。
网络侧在接收到CHANNELREQUEST消息后，在CCCH通道（接收到CHANNELREQUEST消息的通道）上发送IMMEDIATEASSIGNMENT消息或IMMEDIATEASSIGNMENTEXTENDED消息响应。
这两个响应消息的不同之处在于IMMEDIATEASSIGNMENT消息包含一个MS的的分配信息，而IMMEDIATEASSIGNMENTEXTENDED消息同时包含两个MS的信道分配消息。
MS在收到IMMEDIATEASSIGNMENT消息后，将切换到分配的通道上，将该通道标识为信令专用通道，并发送一个包含第三层消息的第二层SABM帧。
在这里，第三层消息是指PAGINGRESPONE，第三层消息还可以是以下一些：
✓CMSERVICEREQUEST
✓LOCATIONUPDATINGREQUEST
✓IMSIDETACH
✓CMRE-RESTABLISHMENTREQUEST
✓NOTIFICATIONRESPONSE
✓IMMEDIATESETUP
✓RRINITIALISATIONREQUEST
如果没有可以分配的通道，网络侧将向MS发IMMIDIATEASSIGNMENTREJECT消息，MS在接收到该消息后，停止发送CHANNELREQUEST消息，启动定时器T3122，和T3126，然后在CCCH通道上守听，直到T3126超时，如果在此期间收到通道分配消息，则按前所述进行处理，否则MS回到IDLE状态。
在T3122超时之前，MS不允许在同一个小区内建立新的RR连接，除非在紧急呼叫时没有收到IMMEDIATEASSIGNMENTREJECT消息。
如果MS在最后接收到的SYSTEMINFORMATIONTYPE3消息中指示要求MS发送等级标识，则MS将向网络发送CLASSMARKCHANGE消息。
2.2.2寻呼过程RR连接建立
MS在收到寻呼消息PAGINGREQUEST时，通过TMSI来识别是否是本MS，如果是则开始如前所述的RR连接建立过程。
寻呼消息共有三种：
PAGINGREQUESTTYPE1
PAGINGREQUESTTYPE2
PAGINGREQUESTTYPE3
整个信令过程如下：
2.3专用模式信令过程
2.3.1SACCH过程（SACCHprocedure）
在专用模式，SACCH被用于从MS传输测量结果。
由于SACCH具有必须双向连续传输的特性，因此，如果没有其它内容要传输，MS将向网络报告测试结果（MEASUREMENTREPORT），另外一方面，网络如果没有其它内容要传输，则向MS发SYSTEMINFORMATIONTYPE5，6或5bis，5ter消息。
如果MS具有扩展的测量能力，当它收到EXTENDEDMEASUREMENTORDER消息时，将进行相应的测量，并报告测量结果（EXTENDEDMEASUREMENTREPORT）。
第二层每发送一个其它消息，就应至少发送一个包含测量信息的帧。
2.3.2消息传输和链路层服务规定（Transferofmessagesandlinklayerserviceprovision）
在专用模式，上层可以在SAPI=0链路上发送多帧消息或非应答消息。
另外，当且仅当在专用模式时，上层还可以访问除SAPI=0外的链路层服务。
2.3.3通道分配过程（Channelassignmentprocedure）
在专用模式或组传输模式，小区内（Intracell）通道改变可以由上层提出请求改变通道类型，或由RR子层决定，如小区内切换，这种改变即由专用通道改变过程来完成。
本过程只被用于专用模式，在空闲模式，应使用立即分配过程（ImmediateAssignment）。
通道分配过程总是由网络侧发起，该过程包括：
✓挂起除RR管理过程外（第三层）的其它操作
✓释放主信号链路，和其它数据链路，断开TCH连接（如果存在）
✓去激活以前分配的通道（第一层）
✓激活新通道及其连接
✓激发建立SAPI=0的数据链路连接
网络通过向MS发ASSIGNMENTCOMMAND消息来开始通道分配过程。
MS在收到该消息后，MS阻塞除RR消息及异常消息外的所有其它消息，直到收到恢复指示。
MS立即释放所有的链路层连接和物理连接，并转到所分配的通道上重新建立连接。
当主信令链路建立好后，MS在主DCCH通道上向网络发ASSIGNMENTCOMPLETE消息。
网络在收到该消息后，释放以前分配的资源。
2.3.4切换过程（Handoverprocedure）
在专用模式或组传输模式，小区间或小区内通道改变可由网络侧RR子层提出，这种改变可由切换过程来完成。
切换过程总是由网络发起。
切换过程包括：
✓阻塞RR管理和异常外的其它消息。
✓断开主信令链路和其它链路（LAYER2），断开TCH。
✓断开并去激活以前分配的通道（LAYER1）
✓激活新的通道，并建立连接
✓在新通道上建立SAPI=0的数据链路连接
网络通过发出HANDOVERCOMMAND消息到MS来开始切换过程。
MS在收到该消息后阻塞除RR消息及异常消息外的所有消息，直到连接恢复。
MS在切换到新的通道后，发送四次HANDOVERACCESS消息（第一层消息）（可选，由HANDOVERCOMMAND消息的内容来定），然后激活新的通道进行消息收发。
切换结束后，MS向网络发HANDOVERCOMPLETE命令。
网络在收到该命令后释放以前的通道。
2.3.5频率重定义过程（Frequencyredefinitionprocedure）
在专用模式和组传输模式，该过程用于改变所分配通道的频点。
网络向MS发FREQUENCYREDEFINITION消息，该消息中包含了新的参数以及开始时间。
在收到该消息后，MS改变消息中指定时隙的频点。
并发送一个RRSTATUS消息指出成功与否。
2.3.6通道模式改变过程（Channelmodemodifyprocedure）
通道模式包含专用通道的编码，解码及转换等功能。
总是由网络侧发起。
网络侧通过发CHANNELMODEMODIFY消息来开始该过程。
MS在收到该消息后将在指定的通道上设置通道模式，并返回CHANNELMODEMODIFYACKNOWLEDGE消息。
2.3.7加密模式设置过程（Cipheringmodesettingprocedure）
在专用模式（不用于组传输模式），该过程被网络侧用于设置加密模式，如传输是否加密，如果加密使用什么算法。
网络侧发CIPHERINGMODECOMMAND消息开始该过程，MS在收到该消息后，如果有一个有效的SIM卡存在，及一个加密KEY存在，则将该KEY装入ME中，MS将返回CIPHERINGMODECOMPLETE消息。
下面是加密模式设置过程流程：
NETWORK
2.3.8附加通道分配过程（Additionalchannelassignmentprocedure）
该过程只对支持TCH/H+ACCH到TCH/H+TCH/H+ACCH转换的MS有效。
在专用模式（组传输模式无效），该过程被用于为MS另外再分配一个专用通道并保留以前的专用通道。
该过程由网络侧发起。
由网络发ADDITIONAASSIGNMENT消息开始该过程，该消息描述了要分配的通道参数，MS在收到该消息后在收到ADDITIONASSIGNMENT消息的通道上发ASSIGNMENTCOMPLETE消息作为回应。
2.3.9部分通道释放过程（Partialchannelreleaseprocedure）
在专用模式（不可用于组传输模式），该过程被用于去激活部分专用通道。
通道配置仍保持专用。
网络侧在主DCCH通道上发PARTIALRELEASE消息开始该过程，MS在收到该消息后：
✓断开要求释放通道的所有链路连接
✓在以前释放但仍保留的通道上建立连接
✓去激活并释放物理通道
✓发送PARTIALRELEASECOMPLETE消息到网络。
2.3.10等级标志改变过程（Classmarkchangeprocedure）
在专用模式或组传输模式，该过程允许MS通知网络等级标志的改变。
MS向网络发CLASSMARKCHANGE消息到网络，该消息中包含了新的等级标志信息2或3，网络侧不用回任何消息。
2.3.11等级标志查询过程（Classmarkinterrogationprocedure）
网络通过该过程查询MS的等级标志，网络在主DCCH通道上向MS发CLASSMARKENQUIRY消息，MS在收到该消息后，发CLASSMARKCHANGE消息作为回应。
2.3.12通知指示和寻呼信息（Indicationofnotificationsandpaginginformation）
该过程只对支持VGCS监听和VBS监听的MS有效。
2.3.13RR连接释放过程（RRConnectionreleaseprocedure）
该过程主要用于去激活所有在用的专用通道。
当通道被释放后，MS回到IDLE状态。
该过程可用于呼叫结束后TCH通道释放，以及专用通道释放后的DCCH通道释放。
该过程总是由网络发起。
网络在主DCCH通话上向MS发CHANNELRELEASE消息，并启动定时器T3109，去激活SACCH，MS在接收到消息后，启动定时器T3110，断开主链路连接，在T3110超时后，或断开连接被确认后，MS去激活所有的通道，回到IDLE状态。
在网络侧，当主信令链路被断开后，网络停止T3109，启动T3111，在T3111超时后，网络去激活所有的通道。
如果T3109超时，则网络也释放所有的连接。
2.3.14RR实体接收RRSTATUS消息（ReceivingaRRSTATUSmessagebyaRRentity）
MS的RR实体在收到RRSTATUS消息后，不用作任何处理。
2.3.15组接收模式过程（Groupreceivemodeprocedures）
只对支持VGCS监听和VBS监听的MS有效。
2.3.16配置改变过程（Configurationchangeprocedure）
本过程只对支持多时隙配置的MS有效。
网络侧使用该过程改变使用的时隙数，还可用于改变一个或一组通道模式，或分配，主信令链路不可使用该过程改变。
（主信令链路可使用ASSIGNMENT过程或HANDOVER过程改变）。
网络侧通过在主DCCH通道上发CONFIGURATIONCHANGECOMMAND消息开始该过程，该消息包括：
✓上行链路使用哪些时隙
✓下行链路使用哪些时隙
✓通道与时隙的对应关系
在该消息中，还可以包括一个或多个通道的模式定义。
MS处理完该消息后，在接收该消息的通道上返回CONFIGURATIONCHANGEACKNOWLEDGE消息。
2.3.17在多时隙配置中映射用户数据流到时隙（Mappingofuserdatasubstreamsontotimeslotsinamultislotconfiguration）
在多时隙配置下，将用户数据流映射到时隙，每个通道都要遵循以下规则：
✓在初始分配时（使用ASSIGNMENT过程），最低编号用户数据流应映射到最低编号时隙，按升序排列。
✓在使用HANDOVER或ASSIGNMEN过程改变通道时（没有时隙同时存在于新旧配置中），最低编号用户数据流应映射到最低编号时隙，按升序排列。
✓在使用ASSIGNMENT过程改变通道（至少有一个时隙在新旧配置中相同）或CONFIGURATIONCHANGE过程改变通道时，用户数据映射到新旧配置都存在的时隙，仍保持映射。
增加的时隙应传输最低编号用户数据。
2.3.18在频带改变时处理等级标志（HandlingofClassmarkInformationatbandchange）
MobileStationClassmark1和MobileStationClassmark2编码与频带有关，在收到改变频带（GSM900，DCS1800）消息（如：
IMMEDIATEASSIGNMENT，ASSIGNMENTCOMMAND，HANDOVERCOMMAND，FREQUENCYREDEFINITION）后，应作相应处理。
2.3.19分配包数据通道（AssignmenttoaPacketDataChannel）
只对支持GPRS的MS有效。
2.3.20RR网络请求小区改变（RR-NetworkCommandedCellChangeOrder）
只对支持GPRS的MS有效。
2.4消息结构
在RR实体中，用到的消息有以下一些；
序号
消息类别
消息名
MessageType编码（87654321）
1.
Channelestablishmentmessage
（Cipheringmessage:
）
ADDITIONALASSIGNMENT
00111011
2.
IMMEDIATEASSIGNMENT
00111111
3.
IMMEDIATEASSIGNMENTEXTENDED
00111001
4.
IMMEDIATEASSIGNMENTREJECT
00111010
5.
CIPHERINGMESSAGE
00110101
6.
CIPHERINGMODECOMPLETE
00110010
7.
HandoverMessages:
ASSIGNMENTCOMMAND
00101110
8.
ASSIGNMENTCOMPLETE
00101001
9.
ASSIGNMENTFAILURE
00101111
10.
PDCHASSIGNMENTCOMMAND
00100011
11.
HANDOVERACCESS
00101011
12.
HANDOVERCOMPLETE
00101100
13.
HANDOVERFAILURE
00101000
14.
RR-CELLCHANGEORDER
00001000
15.
PHYSICALINFORMATION
00101101
16.
RRINITIALISATIONREQUEST
17.
Channelreleasemessages
CHANNELRELEASE
00001101
18.
PARTIALRELEASE
00001010
19.
PARTIALRELEASECOMPLETE
00001111
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