GSM信令流.docx
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GSM信令流信令流一、GSM信令流程GSM系统使用类似OSI协议模型的简化协议，包括物理层（L1）、数据链路层（L2）和应用层（L3）。
L1是协议模型最底层，提供物理媒介传输比特流所需的全部功能。
L2保证正确传递消息及识别单个呼叫。
在GSM系统中，无线接口（Um）上的L1和L2分别是TDMA帧和LAPDm协议。
在网络侧，Abis接口和A接口使用的L1均为E1传输方式，L2分别为LAPD和MTP协议。
在Um接口，MS每次呼叫时都有一个L1和L2层的建立过程，在此基础上再与网络侧建立L3上的通信。
在网络侧（A和Abis接口），其L1和L2（SCCP除外）始终处于连接状态。
L3层的通信消息按阶段和功能的不同，分为无线资源管理（RR）、移动性管理（MM）和呼叫控制（CC）三部分。
1、建立RR连接RR的功能包括物理信道管理和逻辑信道的数据链路层连接等。
在任何情况下，MS向系统发出的第一条消息都是CHREQ（信道请求），要求系统提供一条通信信道，所提供的信道类型则由网络决定。
CHREQ有两个参数：
建立原因和随机参考值（RAND）。
建立原因是指MS发起这次请求的原因，本例的原因是MS发起呼叫，其它原因有紧急呼叫、呼叫重建和寻呼响应等。
RAND是由MS确定的一个随机值，使网络能区别不同MS所发起的请求。
RAND有5位，最多可同时区分32个MS，但不保证两个同时发起呼叫的MS的RAND值一定不同。
要进一步区别同时发起请求的MS，还要根据Um接口上的应答消息。
CHREQ消息在BSS内部进行处理。
BSC收到这一请求后，根据对现有系统中无线资源的判断，分配一条信道供MS使用。
该信道是否能正常使用，还需BTS作应答证实，Abis接口上的一对应答消息CHACT（信道激活）和CHACK（信道激活证实）完成这一功能。
CHACT指明激活信道工作所需的全部属性，包括信道类型、工作模式、物理特性和时间提前量等。
网络准备好合适的信道后，就通知MS，由IMMASS（立即指配）消息完成这一功能。
在IMMASS中，除包含CHACT中的信道相关信息外，还包括随机参考值RA、缩减帧号T、时间提前量TA等。
RA值等于BSS系统收到的某个MS发送的随机值。
T是根据收到CHREQ时的TDMA帧号计算出的一个取值范围较小的帧号。
RA和T值都与请求信道的MS直接相关，用于减少MS之间的请求冲突。
TA是根据BTS收到RACH信道上的CHREQ信息进行均衡时，计算出来的时间提前量。
MS根据TA确定下一次发送消息的时间提前量。
IMMASS的目的是在Um接口建立MS与系统间的无线连接，即RR连接。
MS收到IMMASS后，如果RA值和T值都符合要求，就会在系统所指配的新信道上发送SABM帧，其中包含一个完整的L3消息（MPL3INF），这条消息在不同的接口有不同的作用。
在Um接口，SABM帧是LAPDm层上请求建立一个多帧应答操作方式连接的消息。
系统收到SANM帧后，回送一个UA帧，作为对SABM帧的应答，表明在MS与系统之间已建立了一条LAPDm通路；另外，此UA帧的消息域包含同样一条L3消息，MS收到该消息后，与自己发送的SABM帧中相应的内容比较，只有当完全一样时，才认为被系统接受。
L3消息中包含MS的IMSI，IMSI对每个MS是唯一的，这可保证在该信道上只有一个MS可接入系统。
在Abis接口，这条消息是ESTIND（建立指示），用来通知已建立LAPDm连接，作为对IMMASS消息的应答。
在SANM帧中，透明传输到MSC的L3消息是A接口的第1条L3消息。
尽管A接口的MTP连接在通话前已经建立，但对每个呼叫，在L2还要建立一个SCCP的连接。
L3消息包含在A接口上SCCP的请求建链消息（CR）中传递。
如请求被允许，A接口的第1条下行消息将包含在SCCP层的连接证实（CC）帧中。
对SCCP层来说，CR与CC的交换是源参考地址与目的参考地址的交换。
在同样的信令点码下，不同的呼叫具有不同的源地址和目的地址。
A接口上第1条消息传递完后，MS与系统之间就建立了RR连接，RR实体通知MM子层已进入专用模式。
在专用模式下，MM子层和CC子层负责发送所有L2层上的消息。
除了错误指示和释放本地链路以外，均由RR子层直接处理。
2、建立MM连接正常情况下，要建立MM连接必须先有RR连接。
RR建立后的第一个步骤是鉴权（AUTH），即鉴定移动用户的身份。
在AUTHREQ（鉴权请求）中有两个参数：
CIPKEYNo（加密键号）和AUTRAND（鉴权随机值）QCIPKEYNo与每个MS的密匙Kc相对应，由网络计算出来送到MS，目的是毋须调用AUTH过程，就可直接由MS的IMSI和CMSERVREQ中的CIPKEYNo参数得到Kc。
ATURAND供MS计算鉴权响应值SRES。
MS的SIM中存有4个与鉴权和加密相关的数据：
鉴权算法A3、加密序列算法A8、加密算法A5和移动用户个人鉴权键Ki。
其关系如下：
Kc=A8（RAND，Ki），SRES=A3（RAND，Ki），加密数据流=A5（userdata，Kc）。
SRES是MS对AUTHREQ的响应值，在AUTHRES中传递。
网络中存储了与每个IMSI相对应的Ki值，网络根据计算出的SRES值和MS回送的SRES值，可对MS的身份进行鉴定。
Kc用于鉴权后的加密过程，加密算法A5由网络指定，但MS必须支持该算法。
在加密命令CIPM-COM中，指出了每个MS支持的A5算法类型，还指定了MS的回送消息中是否包括IMEISV参数。
对MS的身份识别及无线信道传输加密过程完成后，建立呼叫所需的MM连接已经建立，可以向更高层（CC子层）提供呼叫信息的传递功能。
3、建立CC连接MS向网络发SETU（建立）消息，请求建立呼叫，消息内容包括：
（1）此次呼叫请求的具体业务种类及MS能提供的承载能力，包括信息传输要求、发送方式、编码标准及可使用的无线信道类型；
（2）被叫用户号码，包括被叫号码类型和编码方案。
网络收到SETUP消息，若接受请求，就回送CALLPROC（呼叫处理），表明正在处理呼叫，主叫MS处于等待状态。
网络开始寻找被叫用户，若被叫也是GSM系统用户，其接入网络的方式与主叫类似。
不同点有：
（1）被叫MS收到网络发出的PAGINC（寻呼）消息后，才会提出信道请求；
（2）被叫MS在与网络建立CC连接时，先由网络发下行的SETUP消息，MS回送CALLCONF（呼叫证实）消息。
在CALL，PROC或CALL，CONF后，网络与MS之间CC层的连接建立。
后续的CC层消息ALERT（振铃）、CONNECT（连接）及其应答消息，分别对应MS振铃和用户搞机动作。
网络收到被叫的ALERT消息，再向主叫MS发送同样的ALERT消息，使主叫知道当前的通话接续状态，即通常打电话时听到的振铃声。
收到振铃声后，主叫等待被叫摘机，该动作在信令接续上反映为CONNECT（连接）消息。
完成对CONNECT消息的应答后，主被叫双方进入正常通话状态，直到有一方关机，通话结束。
传递信令使用的是SDCCH或FACCH，MS通话必须在TCH信道上进行。
为此，网络分配给MS一条TCH信道，分配方式与IMMASS类似，不同点在于指配的发起是由MSC的ASSREQ（指配请求命令）开始的。
BSC根据ASSREQ的信息，激活相应的无线信道，根据ASSREQ中指定业务的相应信息，确定该无线信道的类型。
由CHACT指定无线资源，包括信道频率、时隙和跳频等内容。
4、连接话音通路GSM系统业务的数据传递采用电路模式，在主叫与被叫之间有一条物理通路。
建立这样一条通路有两个要求：
（1）为传递通信的不同路由段分配一定的信道资源；
（2）将各段信道连接在一起。
信道资源包括Um接口的无线信道和A接口的PCM链路信道。
无线信道由CHACT说明，A接口的地面信道由ASSREQ说明。
各个信道的连接是一个接路过程。
收到ASSREQ后，BSC将A接口的地面信道和Um接口的无线信道连接在一起。
收到CONNECT后，MSC将A接口的地面信道和网络内使用的信道连接在一起。
在MS内部也有类似的接路过程。
主叫方收到ALERT消息后，接通内部的话音通路；被叫端的用户（GSM用户）在发送CONNECT时，接通MS内的话音通路。
5、呼叫断续处理5.1、清除CC连接和MM连接当一方用户挂机时，开始清除通信连接。
从L3的CC子层开始清除，最终到L1。
以主叫MS先挂机为例。
MS发送DISCONNECT（断开连接）消息，指明呼叫清除的发起端及清除原因。
网络收到DISCONNECT后，停止所有的CC连接定时器，清除业务信道在网络中的连接，向MS发送RELEASE（呼叫释放），通知它网络正在释放CC层的连接。
MS收到消息后，停止所有CC连接定时器，释放MM连接，向网络发送RELCMP，本身进入“NULL”（空闲）状态。
这时，在MS侧，L3的连接已经全部释放完毕，但MS不能自己拆除L2层的连接，要等待网络的释放命令。
网络收到RELCMP（呼叫释放完成）后，释放MM连接，返回到“NULL”状态。
CC层和MM层的连接释放完毕后，网络启动SCCP连接的释放，释放及应答消息分别为CLRCOM（清除）和CLRCMP（清除完成）。
5.2、释放RR连接RR连接释放的目的是去活正在使用的专用信道，专用信道释放后，MS返回到IDLE（空闲）状态。
RR连接释放的命令是CHREL（信道释放），包括释放原因（正常释放、超时、切换失败等）。
MS收到CHREL后，启动定时器，回送一条LAPDm层的DISC消息，准备断开连接。
当DISC消息被系统的UA消息证实或定时器超时后，MS去活所有信道，返回到空闲模式。
RR连接释放后，停止系统在TCH信道的伴随信道SACCH上发送DESACCH（去活SACCH信道），并在TCH信道上发送RFCHREL（无线信道释放）及其应答。
与RFCHREL相对应，L1的连接也被清除，以减小或关闭系统在该信道的发射功率。
6、其它6.1、选择TCH信道分配时间在一次通话过程中，MS先后使用了SDCCH和TCH两种不同类型的信道，分别用于信令和话音传递。
网络根据对SDCCH和TCH使用的分配原则，可以在不同时间点，给MS分配TCH信道，有三种方式：
早分配、特早分配和晚分配。
TCH的指配可在CC连接建立后马上进行，也可等收到ALERT消息后再指配。
前者称为早分配，后者为晚分配。
分配的早晚会影响系统占用SDCCH或TCH信道的时间。
晚分配的SDCCH信道占用时间长，可能导致TCH信道还有空闲时，由于SDCCH信道资源的缺乏而使呼叫失败，但可提高TCH信道的成功使用率。
在ALERT后，主被叫均处于接通状态，一旦被叫用户搞机，TCH信道就可被成功使用。
在早分配中，若被叫用户连接失败，会导致分配给主叫用户使用的TCH信道实际上不能使用，降低了使用率，但提高了SDCCH的容量。
特早分配是在IMMASS时就直接分配一条TCH信道，但仅作为信今信道使用，在CC连接建立后，再利用信道模式修改命令，改为TCH信道。
特早分配没有为信今信道专门分配独立的物理信道，使可同时通话的用户数最多，减少了呼叫建立的缓冲过程。
当系统可用于通信的N个信道都被占用时，新的用户就不能接入。
实际上在通话前，MS与网络间还需要时间进行初期的信令通信，在这段时间内，原来通话的用户有可能已结束通话，可以建立新的呼叫。
目前特早分配方式使用较少，早分配方式使用较多。
6.2、识别MS身份TMSI是网络分配给每个移动用户的临时身份码，只在一个位置区域内有效。
为了提高MS用户的保密性，信令通信可首先使用TMSI代替IMSI。
如果网络识别TMSI号码，接续流程可以继续；若不能识别TMSI（MS从一个位置区进入另一个位置区），就会要求MS重新上报IMSI号码。
若该号码有效，通信继续，同时网络还会给该移动用户分配一个新的TMSI号码。
这个接续过程紧跟在A接口的第一个L3消息之后。
6.3、重新分配TMSI无论当前MS使用的TSMSI是否能被系统识别，出于对用户身份保密的考虑，在每次通信时，网络部可为MS重新分配一个TMSI。
TMSI的重新分配过程一般是在加密完成之后，SETUP建立之前。
对应于TMSI重新分配命令，MS有一个回应的TMSI分配完成消息。
6.4、提前发送功率控制信息根据系统配置，MS可以决定在AUTHREQ后是否上报MS的处理能力，消息名称为CLASSMRAKCHANGE，内容与建立指示中的一样，只是更详细说明了MS支持的加密算法。
在建立指示中，只说明是否支持A51、A52和A53；而在CLAMARKCH中，进一步说明是否支持A54A57算法。
网络收到此消息后先回送MSPWRCTRL消息，说明MS可使用的功率范围，以及与此MS相应的TRX所需的发射功率。
在加密过程中，使用加密算法的信息，MS是否需要提前发送这条消息，由网络侧的系统消息3说明。
二、GSM系统信令接续流程以MS发起的主叫通话为例，说明在GSM系统中，实现一次通话所需的信令接续过程。
以应用层（L3）的三层连接（RR、MM、CC）为构架，对L3的通信过程进行分析，介绍每条信令中的一些主要参数以及该信令在通话过程中所起的作用。
GSM系统使用类似OSI协议模型的简化协议，包括物理层（L1）、数据链路层（L2）和应用层（L3）。
L1是协议模型最底层，提供物理媒介传输比特流所需的全部功能。
L2保证正确传递消息及识别单个呼叫。
在GSM系统中，无线接口（Um）上的L1和L2分别是TDMA帧和LAPDm协议。
在网络侧，Abis接口和A接口使用的L1均为E1传输方式，L2分别为LAPD和MTP协议。
在Um接口，MS每次呼叫时都有一个L1和L2层的建立过程，在此基础上再与网络侧建立L3上的通信。
在网络侧（A和Abis接口），其L1和L2（SCCP除外）始终处于连接状态。
L3层的通信消息按阶段和功能的不同，分为无线资源管理（RR）、移动性管理（MM）和呼叫控制（CC）三部分。
1、建立RR连接RR的功能包括物理信道管理和逻辑信道的数据链路层连接等。
在任何情况下，MS向系统发出的第一条消息都是CHREQ（信道请求），要求系统提供一条通信信道，所提供的信道类型则由网络决定。
CHREQ有两个参数：
建立原因和随机参考值（RAND）。
建立原因是指MS发起这次请求的原因，本例的原因是MS发起呼叫，其它原因有紧急呼叫、呼叫重建和寻呼响应等。
RAND是由MS确定的一个随机值，使网络能区别不同MS所发起的请求。
RAND有5位，最多可同时区分32个MS，但不保证两个同时发起呼叫的MS的RAND值一定不同。
要进一步区别同时发起请求的MS，还要根据Um接口上的应答消息。
CHREQ消息在BSS内部进行处理。
BSC收到这一请求后，根据对现有系统中无线资源的判断，分配一条信道供MS使用。
该信道是否能正常使用，还需BTS作应答证实，Abis接口上的一对应答消息CHACT（信道激活）和CHACK（信道激活证实）完成这一功能。
CHACT指明激活信道工作所需的全部属性，包括信道类型、工作模式、物理特性和时间提前量等。
网络准备好合适的信道后，就通知MS，由IMMASS（立即指配）消息完成这一功能。
在IMMASS中，除包含CHACT中的信道相关信息外，还包括随机参考值RA、缩减帧号T、时间提前量TA等。
RA值等于BSS系统收到的某个MS发送的随机值。
T是根据收到CHREQ时的TDMA帧号计算出的一个取值范围较小的帧号。
RA和T值都与请求信道的MS直接相关，用于减少MS之间的请求冲突。
TA是根据BTS收到RACH信道上的CHREQ信息进行均衡时，计算出来的时间提前量。
MS根据TA确定下一次发送消息的时间提前量。
IMMASS的目的是在Um接口建立MS与系统间的无线连接，即RR连接。
MS收到IMMASS后，如果RA值和T值都符合要求，就会在系统所指配的新信道上发送SABM帧，其中包含一个完整的L3消息（MPL3INF），这条消息在不同的接口有不同的作用。
在Um接口，SABM帧是LAPDm层上请求建立一个多帧应答操作方式连接的消息。
系统收到SANM帧后，回送一个UA帧，作为对SABM帧的应答，表明在MS与系统之间已建立了一条LAPDm通路；另外，此UA帧的消息域包含同样一条L3消息，MS收到该消息后，与自己发送的SABM帧中相应的内容比较，只有当完全一样时，才认为被系统接受。
L3消息中包含MS的IMSI，IMSI对每个MS是唯一的，这可保证在该信道上只有一个MS可接入系统。
在Abis接口，这条消息是ESTIND（建立指示），用来通知已建立LAPDm连接，作为对IMMASS消息的应答。
在SANM帧中，透明传输到MSC的L3消息是A接口的第1条L3消息。
尽管A接口的MTP连接在通话前已经建立，但对每个呼叫，在L2还要建立一个SCCP的连接。
L3消息包含在A接口上SCCP的请求建链消息（CR）中传递。
如请求被允许，A接口的第1条下行消息将包含在SCCP层的连接证实（CC）帧中。
对SCCP层来说，CR与CC的交换是源参考地址与目的参考地址的交换。
在同样的信令点码下，不同的呼叫具有不同的源地址和目的地址。
A接口上第1条消息传递完后，MS与系统之间就建立了RR连接，RR实体通知MM子层已进入专用模式。
在专用模式下，MM子层和CC子层负责发送所有L2层上的消息。
除了错误指示和释放本地链路以外，均由RR子层直接处理。
2、建立MM连接正常情况下，要建立MM连接必须先有RR连接。
RR建立后的第一个步骤是鉴权（AUTH），即鉴定移动用户的身份。
在AUTHREQ（鉴权请求）中有两个参数：
CIPKEYNo（加密键号）和AUTRAND（鉴权随机值）QCIPKEYNo与每个MS的密匙Kc相对应，由网络计算出来送到MS，目的是毋须调用AUTH过程，就可直接由MS的IMSI和CMSERVREQ中的CIPKEYNo参数得到Kc。
ATURAND供MS计算鉴权响应值SRES。
MS的SIM中存有4个与鉴权和加密相关的数据：
鉴权算法A3、加密序列算法A8、加密算法A5和移动用户个人鉴权键Ki。
其关系如下：
Kc=A8（RAND，Ki），SRES=A3（RAND，Ki），加密数据流=A5（userdata，Kc）。
SRES是MS对AUTHREQ的响应值，在AUTHRES中传递。
网络中存储了与每个IMSI相对应的Ki值，网络根据计算出的SRES值和MS回送的SRES值，可对MS的身份进行鉴定。
Kc用于鉴权后的加密过程，加密算法A5由网络指定，但MS必须支持该算法。
在加密命令CIPM-COM中，指出了每个MS支持的A5算法类型，还指定了MS的回送消息中是否包括IMEISV参数。
对MS的身份识别及无线信道传输加密过程完成后，建立呼叫所需的MM连接已经建立，可以向更高层（CC子层）提供呼叫信息的传递功能。
3、建立CC连接MS向网络发SETU（建立）消息，请求建立呼叫，消息内容包括：
（1）此次呼叫请求的具体业务种类及MS能提供的承载能力，包括信息传输要求、发送方式、编码标准及可使用的无线信道类型；
（2）被叫用户号码，包括被叫号码类型和编码方案。
网络收到SETUP消息，若接受请求，就回送CALLPROC（呼叫处理），表明正在处理呼叫，主叫MS处于等待状态。
网络开始寻找被叫用户，若被叫也是GSM系统用户，其接入网络的方式与主叫类似。
不同点有：
（1）被叫MS收到网络发出的PAGINC（寻呼）消息后，才会提出信道请求；
（2）被叫MS在与网络建立CC连接时，先由网络发下行的SETUP消息，MS回送CALLCONF（呼叫证实）消息。
在CALL，PROC或CALL，CONF后，网络与MS之间CC层的连接建立。
后续的CC层消息ALERT（振铃）、CONNECT（连接）及其应答消息，分别对应MS振铃和用户搞机动作。
网络收到被叫的ALERT消息，再向主叫MS发送同样的ALERT消息，使主叫知道当前的通话接续状态，即通常打电话时听到的振铃声。
收到振铃声后，主叫等待被叫摘机，该动作在信令接续上反映为CONNECT（连接）消息。
完成对CONNECT消息的应答后，主被叫双方进入正常通话状态，直到有一方关机，通话结束。
传递信令使用的是SDCCH或FACCH，MS通话必须在TCH信道上进行。
为此，网络分配给MS一条TCH信道，分配方式与IMMASS类似，不同点在于指配的发起是由MSC的ASSREQ（指配请求命令）开始的。
BSC根据ASSREQ的信息，激活相应的无线信道，根据ASSREQ中指定业务的相应信息，确定该无线信道的类型。
由CHACT指定无线资源，包括信道频率、时隙和跳频等内容。
4、连接话音通路GSM系统业务的数据传递采用电路模式，在主叫与被叫之间有一条物理通路。
建立这样一条通路有两个要求：
（1）为传递通信的不同路由段分配一定的信道资源；
（2）将各段信道连接在一起。
信道资源包括Um接口的无线信道和A接口的PCM链路信道。
无线信道由CHACT说明，A接口的地面信道由ASSREQ说明。
各个信道的连接是一个接路过程。
收到ASSREQ后，BSC将A接口的地面信道和Um接口的无线信道连接在一起。
收到CONNECT后，MSC将A接口的地面信道和网络内使用的信道连接在一起。
在MS内部也有类似的接路过程。
主叫方收到ALERT消息后，接通内部的话音通路；被叫端的用户（GSM用户）在发送CONNECT时，接通MS内的话音通路。
5、呼叫断续处理5.1清除CC连接和MM连接当一方用户挂机时，开始清除通信连接。
从L3的CC子层开始清除，最终到L1。
以主叫MS先挂机为例。
MS发送DISCONNECT（断开连接）消息，指明呼叫清除的发起端及清除原因。
网络收到DISCONNECT后，停止所有的CC连接定时器，清除业务信道在网络中的连接，向MS发送RELEASE（呼叫释放），通知它网络正在释放CC层的连接。
MS收到消息后，停止所有CC连接定时器，释放MM连接，向网络发送RELCMP，本身进入“NULL”（空闲）状态。
这时，在MS侧，L3的连接已经全部释放完毕，但MS不能自己拆除L2层的连接，
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