GSM概述.docx

GSM概述.docx

《GSM概述.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《GSM概述.docx（9页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

GSM概述

1.GSM协议体系接口

从上图我们可以看出，整个协议栈分为三层：

PhysicalLayer（L1）,DataLinkLayer（L2）和NetworkLayer（L3）.

2.L1：

提供一定数量的物理信道、定义不同信道间的组合方式、数据块的组成、多址接入方式和时隙结构、跳频能力、编码和交织方式、调制解调技术、信号的发送和接收、功率控制、接收机在时间和频率上的同步、切换和质量监测、小区选择和重选过程中的测量、语音业务信道上的自适应帧的编解码模式。

L2

a）在一个Dm信道（控制信道）上提供一个或多个数据链路连接，各个数据链路连接之间由DLCI（datalinkconnectionidentifier）来区别;

b） 能够进行帧类型的识别;

c）  能够与L3实体间透明传送L3消息单元;

d）  能够进行顺序控制,以维护数据链路连接上传输的帧的有序性;

e）  能够检测数据链路上发生的格式和操作错误;

f）把不可恢复的错误向L3实体报告;

下图显示了L2和L3层之间的关系以及L3的具体结构：

从图中我们可以看出L3主要包括三个功能实体RR（RadioResource）、MM（MobilityManagement）和CM（ConnectionManagement）。

1.L2和L3之间有两个业务接入点标识：

a）SAPI0:

支持信令消息的传输；

b）SAPI3:

支持用于短消息的传输；

2.层和层之间以及子层与子层之间：

a）

L3的体系架构

1.RR子层

RR的作用是在呼叫期间建立和释放MS和MSC之间的稳定连接，不管用户如何运动，总维持连接的状态。

它必须在各种需要之间动态的共享有限的无线资源。

RR层的功能主要由MS和BSC完成。

另外，由于切换过程的责任完全位于RR层内，因此MSC内实现的一部分功能（特别是与MSC内部切换有关的功能）也属于RR层

RR层功能集中在无线接口上管理传输路径，更确切地说，是在MS和有控制功能的MSC之间负责通信。

这些路径的管理包括不同的方面。

首先必须能建立和释放这些路径，一个连接的建立是一个接入过程，对应于MS从空闲模式转换为专用模式。

与接入有关的寻呼功能能建立对空闲MS的呼叫，以及支持空闲MS所需的功能。

管理MS-MSC连接的另一方面是传输链主要特性的处理，如传输的是信令/语音/还是数据，是否使用了加密等。

RR层功能的另外一方面是切换，切换准备首先要求对服务小区以及其他邻近小区的估计传输质量，这通过测量随用户运动而变化的连接特性得到。

RR层的基本过程如下：

a）Systeminformationbroadcasting

b）RR连接建立：

——immediateassignmentprocedure进入dedicatedmode

——pagingprocedure

c）专用模式下的过程

——measurementreportprocedure

——intracellchangeofchannels

——intercellchangeofchannels

——frequencyredefinitionprocedure

——channelmodechangeprocedure

——cipheringmodesettingprocedure

——additionalchannelassignmentprocedure

——partialchannelreleaseprocedure

——

d）RR连接释放过程

e）

2.MM

MM子层的主要功能是支持移动用户终端，如：

告知网络MS的当前位置并对用户身份保密，更进一步，MM子层向上一层CM的不同实体提供连接管理服务。

所用的MM过程，都是基于RR连接已经建立的前提之下，如果RR连接没有建立的话，MM子层首先启动RR连接建立过程，MM过程分为

a）MM一般过程

这一过程的前提：

RR连接已经建立

若MMprocedure由网络端发起

——TMSI重分配

——鉴权过程

——身份识别过程

——MM信息过程

——Abort

若MMprocedure由MS发起

——IMSIdetach

b）MM专用procedure

当MM连接不存在或者无其他MM专用过程的话，MM专用过程才能启动。

——一般位置更新

——周期性位置更新

——IMSIattach

c）MM连接管理过程

这一过程主要用于建立/保持/释放MS和MSC之间的MM连接，通过这一过程，CM层可以与其对等实体交换信息，MM连接管理过程只有在MM专用过程不进行时才能执行，同一时间可以同时激活多个MM连接

3.CM

CM层的主要功能是，应用户的要求，在用户之间建立连接，并能维持和释放这些呼叫。

它包括通过补充业务使用户能控制其发出或接收到的呼叫管理方法。

呼叫管理功能的多样性使得CM可分为三个实体（CC、SS、SMS），每个CC实体与自己的MM实体相连接与对等层实体通信，并用业务标识符TI加以区别。

CM的三个实体之间是相互独立的，它们分别使用自己的MM连接与对等实体进行通信，不同的CM实体使用不同的TI来加以区分。

无论是MS还是网络的uplayer发起呼叫的建立，都包括以下两方面：

a）    MS和网络间CC连接的建立；

b）    激活编解码;

4.主要过程

4.1idlemodeanddedicatedmode

处于空闲模式时，RR连接是不存在的，但上一层可以提出建立RR连接的要求对MS来说，只是监听BCCH/CCCH以及为它所属的寻呼组监听寻呼子信道。

同时它还得测量信号功率，以保持同其他小区的联系，测量信息主要用户小区切换，当决定进行小区切换后，MS转向监听新的小区的BCCH，通过广播消息，MS可以判定它是否被允许接入该小区。

对于网络侧来说，它在BCCH上有规律的广播系统消息。

通过这些消息，MS能够知道如何通过当前的小区接入网络。

广播消息主要有以下几方面的内容：

a）当前小区，LA和网络的唯一识别（Identification）

b）作为小区重选的后备小区的一些相关信息

c）当前控制信道的结构

d）有关随机接入信道的信息

e）关于小区特区的一些信息

f）此外，网络还在寻呼子信道上不断发送正确的L3消息。

由空闲模式进入专用模式主要有

——RR实体回答PagingRequest消息

——MM子层请求进入专用模式

当MS处于专用模式时，RR处于连接状态，这一过程中可以提供如下服务：

——在任何处于连接状态的L2上传输消息

——指示临时不可用的传输

——指示RR连接的断开

——为保持RR连接而进行的小区重选和切换

——建立/改变物理信道的传输模式，包括：

改变信道的类型/改变编码/解码的模式以及设置加密

——释放一个RR连接

4.2PagingprocedureforRRconnectionestablishmentonCCCH

网络通过寻呼过程来触发RR的连接，网络在合适的寻呼信道上通过广播PagingRequest消息来触发寻呼过程，同时，网络启动计时器T3113。

当网络收到ChannelRequest消息后，它将根据其中的信息为MS分配合适的信道，当接入网络是允许的，MS将立即启动分配过程。

通过包括PagingResponse的SABM帧建立主信令连接。

之后，MS的MM子层被告知RR实体几经进入专用模式。

当网络收到PagingResponse消息，就停止计时器T3113.网络的MM子层被告知RR连接存在。

如果网络还未收到Pagingresponse消息，计时器T3113超时，网络将重发

Request消息，并重启计时器T3113

4.3 Enteringthededicatedmode:

immediateassignmentprocedure

进行立即分配过程的目的是建立MS和网络之间的连接。

立即分配过程只能由MS的RR实体来触发，RR实体回答PagingRequest消息或MM子层请求进入专用模式都会触发这一过程。

MS的RR实体收到网络的寻呼信息后，将通过RACH向网络发送ChannelRequest消息，并释放空闲模式。

之后MS开始监听BCCH，同时监听与自己的CCCH相对应的下行链路CCCH时隙。

通过CCCH的时隙，网络收到MS所发出的ChannelRequest消息后，网络发送ImmediateAssignment消息给MS分配一条专用信道。

之后，网络启动计时器T3101.当MS收到与其发送的ChannelRequest消息相对应的ImmediateAssignment消息后，转到所分配的信道上，并将信道模式设置为信令，同时将这个信道激活，然后通过一个包括消息域的SABM帧，MS就建立了主信令链路。

MSNetWork

PagingRequeststartT3113

ChannelRequest

ImmediateAssignmentstartT3101

SABM（PagingResponse）

StopT3101T3113

4.4Handoverprocedure（dedicatedmode）

当用户从一个小区覆盖的区域移至另外一个小区时，必须要建立与目标小区的新连接，与旧的小区的连接要释放。

执行切换有两个原因：

1.由于测量结果引起的切换

指当无线电信号的质量或者强度下降以致低于BSC规定的参数值

2.由于话务量的原因引起的切换

指当小区的通信量已达到或接近达到它的最大值。

小区边缘的MS就可能被切换至具有较小话务量的相邻小区。

切换过程包括：

——除了L3的RR管理以外，其它的正常操作都挂起；

——通过L2本地端释放（LocalEndRelease）断开主信令链路和其它链路，如果有TCH，还要将TCHs断开。

——断开及去活先前分配的L1信道并将它们释放

——激活可用的新信道及其连接

——在新信道上，SAPI=0，激活数据链路连接的建立。

通常由当前服务用户的BSC做出执行切换的决定，但由于话务量的原因引起的切换的情况除外，它由MSC做出决定。

又四种不同类型的切换

1.小区内-BSC内切换

这是最小的切换，即在同一小区内，用户的TCH切换到另一TCH（通常为另频段），在这一情况下，控制小区的BSC做出执行切换的决定

2.小区间-BSC内切换

用户从小区1移至区2，在这种情况中切换过程由BSC控制。

当成功地建立了与小区2的连接后，与小区1的通信连接就被释放

3.小区间-BSC间切换

用户从小区2移至小区3，小区3属于另一个BSC。

在这种情况中，切换过程由MSC执行，但是仍由第一个BSC做出切换决定。

当与新的BSC（和BTS）成功地建立连接时，与第一个BSC的连接就被释放。

4.MSC间切换

用户从一个MSC/VLR控制的小区移至另一个MSC/VLR控制的小区，这种情况更复杂。

当前服务于用户的MSC/VLR（也称为锚定MSC）联系目标MSC，话务连接转接至目标MSC/VLR。

当前两个MSC属于同一个网路时，连接可以顺利建立。

尽管如此，目标MSC和源MSC是两个不同的电话交换机。

只要有号码识别目标MSC，呼叫就能在两个交换机之间转移。

这就必须产生一个新的号码，即切换号码（HON）。

锚定MSC/VLR从BSS接收切换信息。

它判断出目的地在另一个MSC的区域范围内，然后通过信令网向目标MSC发送一个切换请求。

目标MSC通过产生一个HON并将其送至锚定MSC/VLR作为应答，它执行一个数字分析以便获得必要的路由信息。

这个信息允许服务的MSC/VLR连接至目标MSC/VLR。

当两个MSC完成连接，呼叫被传送至新的路由。

4.5Cipheringmodesettingprocedure（DedicatedMode）

通过在主信令链路上向MS发送CIPHERINGMODECOMMAND消息，网络启动加密模式设置过程。

这个消息告诉MS是否要进行加密，如果要的话，用何种加密法则。

如果储存了密匙的SIM卡在MS中，只要MS一收到正确的CIPHERINGMODECOMMAND消息，它就将密匙从SIM卡中加载（load）到ME中。

4.6TMSIreallocationprocedure（MM基本过程）

TMSI重分配过程用于提供身份的保密。

TMSI仅在本地LA内有效，当离开本地LA后，TMSI须与LAI（LocationAreaIdentifier）结合以提供正确的身份。

通常每当本地LA改变后，就要由网络决定执行一次TMSI重分配过程。

要求MS提供其IMSI（InternationalMobileSubscriberIdentity）。

当出现这种情况后，将首先执行TMSI重分配过程，然后才进行身份识别。

NOTE1：

TMSI重分配过程一般在加密模式下进行。

NOTE2：

一般TMSI重分配过程会和其它的一些过程一起进行，如：

位置更新过程或呼叫建立过程。

MSNetwork

<-TMSIReallocationCommand---startT3250

---TMSIReallocationComplete-->stopT3250

4.7Authenticationprocedure  （MM基本过程）

鉴权过程用于检查用户数据的合法性和完整性的过程。

在鉴权过程的帮助下，运营者可以防止网路中的伪SIM卡的使用。

鉴权过程基于一个识别密钥Ki，它被签发给一个已在HLR中建立用户数据的每一个用户。

鉴权过程证实用户方的Ki和网络方的Ki是否完全相同。

在建立呼叫、位置更新和终结呼叫（被呼叫方）初期由VLR实施确认。

为了执行鉴权，VLR需要基本的鉴权信息。

如果BS广播Ki，那么识别数据将通过空中传送，这会违背鉴权原理。

鉴权的方法是要不通过空中发送Ki，而比较存放在MS中的Ki是否和存放在网路中的Ki相同。

利用单向算法A3，Ki通过一个随机数被处理，处理后的结果将送到网路。

由于不同A3算法，通过Ki和随机数很容易得到不同的结果。

但是不可能将运算结果或此随机数再转化为原来的Ki（因此命名为“单向”算法）。

鉴权数据组：

RANDSRESKc

4.8Identificationprocedure（MM基本过程）

网络通过身份识别过程来要求MS向其提供进行身份识别所需的参数：

IMSI。

网络通过向MS发送IDENTITYREQUEST消息来触发身份识别过程，同时启动计时器T3270（12s）。

若RR连接存在，当MS收到这条消息后，就返回一条包含网络所要求的身份识别参数的IDENTITYRESPONSE消息。

收到IDENTITYRESPONSE消息后，网络停止计时器T3270。

MSNetwork

<-IDRequest----startT3270

---IDResponse->stopT3270

4.9IMSIdetachprocedure（MM基本过程）

当MS处于去活状态（即关机状态）MS将调用IMSI拆离过程。

若RR连接已存在，MM子层将在IMSIDETACHINDICATION消息发送之前，将本地所有正在进行的MM连接释放掉。

如果一个MM专用过程已激活的话，IMSI拆离过程将不被启动。

可能的话，IMSI拆离过程将等到MM专用过程结束后再开始；否则，IMSI拆离过程将被忽略。

MS向网络发送IMSIDETACHINDICATION消息，并启动计时器T3220（5s）。

若无RR连接，MS的MM子层将要求RR子层建立RR连接。

若由于没有合适的小区可用，使得无法建立RR连接，则MS将在5s~~20s的范围内尽量去找一个合适的小区。

若找到了，MS将要求RR子层建立RR连接；反之，IMSI拆离过程将终止。

收到IMSIDETACHINDICATION消息后，网络将释放本地所有的正在进行的MM连接，并触发RR连接释放过程。

当RR连接释放后，T3220将停止

4.10 Locationupdatingprocedure（MM特殊过程）

下面我们将讲述MM的专用过程。

MM专用过程的启动应满足下列条件之一：

—无其它的MM专用过程正在进行；

—网络和MS之间并不存在MM连接；

—若有其它的MM专用过程正在进行的话，除非网络有特别的规定，否则MS必须等到用于MM专用过程的RR连接释放后，才能启动一个MM专用过程或MM连接建立过程；当MM专用过程进行时，若CM要求建立一个MM连接，则这个请求要么被拒绝，要么要等到MM专用过程结束后才被采纳。

（采取哪一种方式，依赖于实现情况）。

当MM专用过程进行时，除了IMSI拆离过程外，任何其它的MM一般过程（commonprocedure）都可以启动。

位置更新有三种类型：

—一般位置更新；

—周期性位置更新；

—IMSI附着；

IMSI附着过程

MS一打开，它就通知VLR它已回到网络中并能接收呼叫了。

成功登记后，网络向MS发送两个号码，它们被存储在MS的SIM卡中。

这两个号码是LAI和TMSI。

网络经过空中接口的控制信道发送LAI，TMSI用于安全目的，因为用户的IMSI不得在空中接口上被发送。

TMSI是一个临时标识，它定期得到更改。

一般位置更新过程：

一般位置更新过程用于更新MS登记在网络中的LAI。

每次MS通过控制信道接收数据，它读取LAI并和存放在SIM卡中的LAI进行比较，如果它们不同，就执行一个一般位置更新过程。

MS通过访问发送位置数据的MSC/VLR启动一个位置更新过程。

信道请求消息中包含了用户标识（即IMSI/TMSI）和存储在SIM卡中的LAI。

当目的地MSC/VLR收到请求后，它读取当前为MS服务的MSC/VLR的旧的LAI。

两个MSC/VLR之间的信令连接就建立起来了，然后用户的IMSI从旧的MSC传送至新的MSC。

根据这个IMSI，新的MSC从HLR请求得到用户数据，鉴权后，更新VLR和HLR中的用户数据。

如果网络在回应中指出MS在VLR未知的话，这也将导致一般位置更新。

周期性位置更新：

当网络在一特定时间内没有收到任何来自MS的位置更新请求时，就执行周期性位置更新。

这种情况发生在当MS被打开但无任何话务，在此情况中，MS仅读取和测量网络传送的信息。

如果用户正在一个位置区内移动，就不必发送位置更新请求。

一个计时器控制周期性位置更新，并且VLR的运营商设定计时器的值。

网络广播这个计时器的值，因此MS知道周期性位置更新计时器的值。

因此，当时间一到，MS通过发送位置更新信号启动一个登记过程。

VLR接收请求并确认MS在同一位置区的登记。

如果MS未遵循这个程序，可能是因为MS的电池用完了或用户不在服务区，VLR将MS的位置数据该为“未知”。

4.11