GSM信令流程详解.docx
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GSM信令流程详解
目录
1.BSS系统中的信令应用2
2.BSS系统的信令模型3
3.各层信令在BSS系统中的作用6
4.移动主叫流程16
5.移动被叫流程32
6.位置更新流程44
7.小区内切换流程54
8.小区间切换流程58
9.外部切换流程63
10.定向重试流程70
引言呼叫过程的信令分析
对移动用户来说，主叫和被叫是基本独立的两个流程。
主叫的过程从和BTS的信
道请求开始，到主叫用户TCH指配完成为止。
一般来说，主叫经过几个大的阶
段：
接入阶段，鉴权加密阶段，TCH指配阶段，取被叫用户路由信息阶段。
接入阶段主要包括：
信道请求，信道激活，信道激活响应，立即指配，业务请
求。
经过这个阶段，手机和BTS（BSC）建立了暂时固定的关系。
鉴权加密阶段主要包括：
鉴权请求，鉴权响应，加密模式命令，加密模式完成，
呼叫建立。
经过这个阶段，主叫用户的身份已经得到了确认，网络认为主叫用
户是一个合法用户。
TCH指配阶段主要包括：
指配命令，指配完成。
经过这个阶段，主叫用户的话
音信道已经确定，如果在后面被叫接续的过程中不能接通，主叫用户可以通过
话音信道听到MSC的语音提示。
取被叫用户路由信息阶段主要包括：
向HLR请求路由信息，HLR向VLR请求漫游
号码，VLR回送被叫用户的漫游号码，HLR向MSC回送被叫用户的路由信息。
MSC收到路由信息后，对被叫用户的路由信息进行分析，可以得到被叫用户的
局向。
然后进行话路接续。
主叫过程的信令流程如后面的图所示。
应该注意的是，从VLR到HLR/AUC取鉴
权集的过程不是必须的。
VLR到HLR/AUC取鉴权集时，HLR每次送5组，本次使
用一组，另外4组保存在VLR中供后续的鉴权过程使用。
如果VLR中的鉴权集使
用完毕，则VLR发起向HLR/AUC取鉴权集的过程。
另外，如果MSC通过对被叫用户的MSRN的分析得知被叫用户是本局用户，那么
向另外MSC的初始地址消息就不会发送，而是根据被叫用户的位置区直接向
BSC发起对被叫用户的寻呼过程。
如果被叫用户非本局用户，则通过IAI将话路
接续到适当的MSC去。
对移动用户来说，被叫的过程从MSC向BSC发起对被叫用户的寻呼开始，到主叫
和被叫通话为止，在本文中，将通话结束后的拆线过程在放在被叫过程中。
一
般来说，被叫流程经过几个大的阶段：
接入阶段，鉴权加密阶段，TCH指配阶
段，通话阶段，拆线阶段。
接入阶段主要包括：
手机收到BTS的寻呼命令后，信道请求，信道激活，信道激
活响应，立即指配，寻呼响应。
经过这个阶段，手机和BTS（BSC）建立了暂时
固定的关系。
鉴权加密阶段主要包括：
鉴权请求，鉴权响应，加密模式命令，加密模式完成，
呼叫建立。
经过这个阶段，被叫用户的身份已经得到了确认，网络认为被叫用
户是一个合法用户。
TCH指配阶段主要包括：
指配命令，指配完成。
经过这个阶段，被叫用户的话
音信道已经确定，主叫听回铃音，被叫振铃。
如果这时被叫用户摘机，主叫用
户进入通话状态。
拆线可能主叫发起，也可以被叫发起。
流程基本类似：
拆线，释放，释放完成。
没有发起拆线的用户会听到忙音。
释放完成后，用户进入空闲状态。
汇接呼叫指主叫用户、被叫用户都不在本局的呼叫。
没有和BSS，PSTN相连的MSC是汇接局。
移动交换机处理汇接呼叫的过程和固定交换机基本相同，区别移动被叫用户的号码是漫游号码，不是IDSN/PSDN号码。
1.BSS系统中的信令应用
作为GSM移动通信系统，主要实现一种任何时间、任何地点、任何通信对象之间的通信。
那么在这样一个通信过程中，通信对象之间不仅要传送对通信对象有用的语音及数据，还包括一些信令。
在BSS系统中，涉及到的信令如图1，其主要内容有：
●七号信令（NO.7）：
在MSC和BSC之间传送；
●D信道的链路接入规程（LAPD）：
在BSC和BTS之间传送；
●Dm信道的链路接入规程（LAPDm）：
在BTS和MS之间传送。
图1BSS系统中的信令应用
2.BSS系统的信令模型
2.1概述
在GSM移动通信系统中，BSS系统的信令模型采用了一般的OSI七层协议中的低三层协议，从低到高依次包括：
●第一层（L1）：
物理层
●第二层（L2）：
链路层
●第三层（L3）：
网络层
BSS系统的信令模型如图2。
图2BSS系统信令模型
其中各层协议的含义如下：
LAP_Dm：
Dm信道的链路接入规程
RR：
无线资源管理
CM：
通信管理
SMS：
短消息管理
SS：
补充业务管理
CC：
呼叫管理
MM：
移动管理
LAPD：
D信道的链路接入规程
BTSM：
BTS管理部分
MTP：
消息传送部分
SCCP：
信令连接和控制部分
BSSMAP：
BSS管理应用部分
DTAP：
直接传递应用部分
2.2物理层
物理层主要负责物理数据单元的无错传送。
在物理层上，定义了传输路径上的电气特性。
在一般系统中，BTS与MS之间的Um接口的物理层采用无线路径，在BTS与BSC之间的Abis接口的物理层采用在不均衡的75Ω同轴电缆或120Ω双绞线上的2048bps的CEPT数据流。
2.3链路层
在链路层上，主要功能有：
帧传递、无错传送以及通过物理层实现两连接实体之间的比特传送。
在链路层上的任务主要是建立、维持和释放两连接实体之间的连接。
在GSM中，BTS与MS之间的Um接口的数据链路层通过LAPDm（Dm信道的链路接入规程）实现；BTS与BSC之间的Abis接口的数据链路层通过LAPD（D信道的链路接入规程）实现。
2.4网络层
网络层主要用于建立端到端的连接，并实现寻址和选择路由功能。
在网络层上，它主要负责通过一个任意的网络拓扑结构从目的地取得消息。
在GSM中，网络层可以被分为三个子层：
CM层（连接管理层）、MM层（移动管理层）和RR层（无线资源层）。
无线资源层（RR）为移动管理层（MM）提供了一些服务，无线资源层的主要作用包括建立、维持、释放物理连接（比如无线的业务和控制信道）。
无线资源层的一些主要功能在BSC中实现，但部分功能在BTS中实现。
移动管理层（MM）主要用于在网络中的用户设备的注册和用户的鉴别，移动管理层的功能在MSC一侧实现。
连接管理层（CM）是GSM信令模型中的最高一层，这个我们可以从它在信令模型中的位置可以很清楚的看到（在MSC和MS的信令模型结构的最高层）。
在GSM系统中，无线资源层是与用户之间一个基本的接口。
连接管理层又可以被分为三个子层：
CC（呼叫控制），主要负责呼叫的建立、维持和释放；SS（补充业务）；SMS（短消息业务）。
3.各层信令在BSS系统中的作用
3.1无线资源层（RR）
无线资源层（RR）主要负责无线资源的管理和分配。
无线资源层的消息从BTS传送至MS上相应的层，虽然这些消息在Abis接口上出现，但是它们可能包含在更低层的结构中。
下面我们来看看在RR层上的一些消息，具体如表1：
编号
消息名
1
部分释放（PartialRelease）
2
信道释放（ChannelRelease）
3
部分释放完成（PartialReleaseComplete）
4
信道模式修改（ChannelModeModify）
5
RR状态（RRStatus）
6
重定义频率（FrequencyRedefinition）
7
测量报告（MeasurementReport）
8
级别更新（ClassmarkChange）enquiry
9
信道模式修改证实（ChannelModeModifyACK）
10
系统消息1（SystemInformation1）
11
系统消息2（SystemInformation2）
12
系统消息3（SystemInformation3）
13
系统消息4（SystemInformation4）
14
系统消息5（SystemInformation5）
15
系统消息6（SystemInformation6）
16
寻呼响应（PagingResponse）
17
切换失败（HandoverFailure）
18
指配完成（AssignmentComplete）
19
切换命令（HandoverCommand）
20
切换完成（HandoverComplete）
21
指配命令（AssignmentCommand）
22
指配失败（AssignmentFailure）
23
加密模式完成（CipherModeComplete）
24
加密模式命令（CipherModeCommand）
25
扩展立即指配（ImmediateAssignmentExtended）
26
立即指配拒绝（ImmediateAssignmentReject）
27
附加指配（AdditionalAssignment）
28
立即指配（ImmediateAssignment）
表1RR层的消息列表
3.2移动管理层（MM）
移动管理层（MM）在MS和MSC中实现。
移动管理层（MM）主要用于在网络中的用户设备的注册和用户的鉴别，在其它处理中，MM参与到位置更新、鉴权、TMSI再分配等过程中。
下面我们来看看在MM层上的一些消息，具体如表2：
编号
消息名
1
IMSI分离指示（IMSIDetachIndication）
2
位置更新接收（LocationUpdateAccept）
3
位置更新拒绝（LocationUpdateReject）
4
位置更新请求（LocationUpdateRequest）
5
鉴权拒绝（AuthenticationReject）
6
鉴权请求（AuthenticationRequest）
7
鉴权响应（AuthenticationResponse）
8
识别请求（IdentityRequest）
9
识别响应（IdentityResponse）
10
TMSI再分配命令（TMSIReallocationCommand）
11
TMSI再分配完成（TMSIReallocationComplete）
12
CM业务接收（CMServiceAccept）
13
CM业务拒绝（CMServiceReject）
14
CM业务请求（CMServiceRequest）
15
CM重建立请求（CMRe-EstablishRequest）
16
MM状态（MMStatus）
表2MM层的消息列表
3.3呼叫控制（CC）（callcontrol）
在一般的呼叫建立过程中，在Abis接口上生成消息的最后一层是在连接管理层（CM）中的子层呼叫控制（CC）中实现的。
呼叫控制主要负责呼叫的建立、维持和清除。
在CM中的其它两个子层是SS（补充业务）和SMS（短消息业务）。
下面我们来看看在CC子层上的一些消息，具体如表3：
编号
消息名
1
提醒（Alerting）
2
呼叫进程（CallProceeding）
3
进展（Progress）
4
建立（Setup）
5
连接（Connect）
6
呼叫证实（CallConfirmed）
7
紧急建立（EmergencySetup）
8
连接证实（ConnectACK）
9
用户信息（UserInformation）
10
修改拒绝（ModifyReject）
11
修改（Modify）
12
修改完成（ModifyComplete）
13
拆链（Disconnect）
14
释放完成（ReleaseComplete）
15
释放（Release）
16
停止DTMF（StopDTMF）
17
停止DTMF证实（StopDTMFACK）
18
状态查询（StatusEnquiry）
19
开始DTMF（StartDTMF）
20
开始DTMFACK（StartDTMFACK）
21
开始DTMF拒绝（StartDTMFReject）
22
阻塞控制（CongestionControl）
23
状态（Status）
24
通报（Notify）
表3CM层中CC子层的消息列表
3.4BTS管理层（BTSM）
BTS管理层（BTSM）主要负责控制BTS的一些操作。
从RR层来的消息要发送到MS，必须要以一定的消息类型来发送，这个消息类型就是BTSM中的数据请求消息；同样，从MS来的第三层要发送到BTS，也必须要以一定的消息类型来发送，这个消息类型就是BTSM中的数据指示消息。
下面我们来看看在BTSM层上的一些消息，具体如表4：
编号
消息名
1
数据请求（DataRequest）
2
数据指示（DataIndication）
3
错误指示（ErrorIndication）
4
建立请求（EstablishRequest）
5
建立证实（EstablishConfirmation）
6
建立指示（EstablishIndication）
7
释放请求（ReleaseRequest）
8
释放证实（ReleaseConfirmation）
9
释放指示（ReleaseIndication）
10
非证实数据请求（UnitDataRequest）
11
非证实数据指示（UnitDataIndication）
12
BCCH信息（BCCHInformation）
13
CCCH负载指示（CCCHLoadIndication）
14
信道请求（ChannelRequest）
15
删除指示（DeleteIndication）
16
寻呼命令（PagingCommand）
17
立即指配命令（ImmediateAssignmentCommand）
18
短消息广播请求（SMSBroadcastRequest）
19
RF资源指示（RFResourceIncication）
20
SACCH拥塞（SACCHFilling）
21
过载（Overload）
22
错误报告（ErrorReport）
23
信道激活（ChannelActivation）
24
信道激活证实（ChannelActivationACK）
25
信道激活非证实（ChannelActivationNACK）
26
连接失败（ConnectionFail）
27
去活SACCH（DeactivationSACCH）
28
加密命令（EncryptionCommand）
29
切换检测（HandoverDetect）
30
测量结果（MeasurementResult）
31
模式修改请求（ModeModifyRequest）
32
模式修改ACK（ModeModifyACK）
33
模式修改NACK（ModeModifyNACK）
34
物理上下文请求（PhysicalContextRequest）
35
物理上下文证实（PhysicalContextConfirmation）
36
RF信道释放（RFChannelRelease）
37
MS功率控制（MSPowerControl）
38
BTS功率控制（BTSPowerControl）
39
预处理配置（PreprocessConfigure）
40
预处理测量结果（PreprocessedMeasurementResult）
41
RF信道释放证实（RFChannelReleaseACK）
表4BTSM层的消息列表
3.5BSS应用层（BSSAP）
BSSAP层被分为两部分：
BSS管理应用部分（BSSMAP）和数据直传应用部分（DTAP）。
其中，BSSMAP部分负责MSC与BSS之间的通讯，DTAP部分负责MSC与MS上的MM层和CM层之间的消息传递。
DTAP消息将会在CM和MM部分进行处理。
对于BSSMAP消息，由于大多数消息仅仅用于MSC与BSC之间的通信，或在传递至BTS或MS之前已经被BSC改变了消息格式，因此，这部分消息将不会在Abis接口上看到。
下面我们来看看在BSSAP层上的一些消息，具体如表5：
编号
消息名
1
指配请求（AssignmentRequest）
2
指配完成（AssignmentComplete）
3
指配失败（AssignmentFailure）
4
切换请求（HandoverRequest）
5
切换要求（HandoverRequired）
6
切换请求证实（HandoverRequestACK）
7
切换命令（HandoverCommand）
8
切换完成（HandoverComplete）
9
切换失败（HandoverFailure）
10
切换执行（HandoverPerformed）
11
切换候选小区问询（HandoverCandidateEnquiry）
12
切换候选小区响应（HandoverCandidateResponse）
13
切换请求拒绝（HandoverRequiredReject）
14
切换检测（HandoverDetection）
15
清除命令（ClearCommand）
16
清除完成（ClearComplete）
17
清除请求（ClearRequest）
18
SAPIn清除命令（SAPInClearCommand）
19
SAPIn清除完成（SAPInClearComplete）
20
SAPIn拒绝（SAPInReject）
21
复位（Reset）
22
复位证实（ResetACK）
23
过载（Overload）
24
跟踪调用（TraceInvocation）
25
复位电路（ResetCircuit）
26
复位电路证实（ResetCircuitACK）
27
阻塞（Block）
28
阻塞证实（BlockACK）
29
解闭（Unblock）
30
解闭证实（UnblockACK）
31
资源请求（ResourceRequest）
32
资源指示（ResourceIndication）
33
寻呼（Paging）
34
加密模式命令（CipheringModeCommand）
35
级别修改（ClassmarkUpdate）
36
加密模式完成（CipheringModeComplete）
37
队列指示（QueuingIndication）
38
完成L3消息（CompleteL3Informaion）
表5BSSAP层的消息列表
3.6LAPD协议
LAPD用于BTS与BSC之间的Abis接口上的链路层。
LAPD消息一般由一些固定的帧组成，而且这些帧都会形成它自己的帧结构以便在消息传递双方传递数据。
LAPD上的帧结构有三种：
信息帧、监视帧、未编号帧。
下面我们来看看在GSM中LAPD用到的一些帧类型，具体如表6：
说明
信息帧，用于用户数据交换
准备接收I帧
不准备接收I帧
拒绝，要求退回到N（R）
请求建立逻辑连接
不能建立或保持逻辑连接
未编号信息帧，用于非证实方式信息传送
拆除逻辑连接
对SABME或DISC的认可响应
报告收到了不能接收的帧
交换标识，用于连接管理
表6LAPD命令和响应帧
控制段编码
12345678910111213141516
N（R）
N（R）
N（R）
N（R）
P
P/F
P/F
P/F
N（S）
10000000
10100000
10010000
110
000
000
010
110
001
101
P
P
P
P
P
P
P/F
O
1111
1111
1100
1100
1100
1110
1111
I：
信息帧S：
监视帧U：
未编号帧
响应
RR（ReceiveReady）
RNR（ReceiveNotReady）
REJ（Reject）
DM（DisconnectedMode）
UA（UnnumberedAcknowledge）
FRMR（FrameReject）
命令
I（Imformation）
RR（ReceiveReady）
RNR（ReceiveNotReady）
REJ（Reject）
SABME（SetAsnchronousBalanceExfendedMode）
UI（UnnumberedInformation）
DISC（Disconnected）
XID（ExchangeIdentification）
3.6.1SABME帧
当建立LAPD连接时，SABME帧一般是第一个被传递的帧。
当发送完SABME帧之后，开始多帧证实模式。
当接收端收到SABME帧以后，以前没有被证实的帧将会被忽略。
DISC帧被用于停止多帧的证实模式。
3.6.2UA帧
当收到SABME帧或DISC帧以后，接收端将发送一个UA帧作为响应，以告诉发送端，刚才发送的SABME帧或DISC帧已经被接收端接收。
3.6.3I帧
当接收方已经被证实以后，I帧被用于传送信息帧。
在I帧中，也可以包含一些先前接收帧的证实。
3.6.4RR帧
RR帧主要用于指示让接收端准备去接收一个I帧，同样，RR帧也可以对先前接收帧进行证实。
3.6.5UI帧
UI帧主要用于发送一些不需要接收端进行证实的消息帧。
比如在LAPDm上的系统消息的广播就是一个UI帧。
3.6.6SAPI&TEI
对每一层而言，都采用它的低层提供的业务去完成它自身的任务；同时，它又为它的高层提供业务。
层与层之间的业务通过业务接入点（SAP）来实现。
业务接入点指示（SAPI）由6个比特组成，它指示了在单元接入数据链路中的接收实体的地址。
在数据链路的两端（BTS和BSC）采用相同的SAPI值。
下面看一下SAPI的一些具体含义：
SAPI=0无线信令
SAPI=3短消息业务
SAPI=62操作与维护、建链
终端设备识别（TEI）由7个比特组成，它指示了接入一条链路的地址。
由于在大唐的DM系列基站设备中，采用了6个TRX共用一条LAPD链路的方式。
因此，简单起见，采用TEI=TRX号。
4.
移动主叫流程
图3移动主叫流程图
4.1信道要求channelrequest（FACH）
MS通过动态地在RACH信道（随机接入信道）上发送一个随机接入脉冲向一个（BTS）基站收发信台申请一条信道。
在信道请求消息中包括了建立的原因，这个原因可能是“寻呼响应
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