003 GSM信令系统26.docx
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003GSM信令系统26
GBC_007_C1_0GSM信令系统
课程目标：
●了解GSM系统的协议栈结构
●了解MTP,LAPD,LAPDm协议
●掌握基本呼叫流程
目录
第1章接口和协议1
1.1接口1
1.1.1A接口1
1.1.2Abis接口1
1.1.3Ater接口1
1.1.4Gb接口2
1.1.5Qx接口2
1.2协议介绍2
1.2.1电路业务协议3
1.2.2分组业务协议10
1.2.3TCP/IP协议12
1.2.4X.25协议12
1.2.5HDLC协议14
第2章基本信令流程15
2.1手机位置更新流程15
2.2手机关机流程16
2.3移动主叫以及被叫挂机流程17
2.4移动被叫以及主叫挂机流程19
2.5小区内内部切换流程21
2.6小区间内部切换流程21
第一章接口和协议
一.1接口
一.1.1A接口
BSC和MSC之间的接口称为A接口，具体地说，A接口是TC与MSC之间的接口。
码型变换器TC在GSM系统中主要完成话音编码和64kbit/sA律PCM编码之间的语音变换。
同时，负责电路型数据业务中的数据速率适配处理。
TC可以放在BSC侧，也可以放在MSC侧，在典型的实施方案中，TC位于MSC与BSC之间。
A接口采用E1接口，采用75欧的同轴线或120欧双绞线两种方式进行连接。
在A接口上，数据链路层采用MTP2协议，网络层采用MTP3和SCCP协议，应用层采用BSSMAP等协议。
一.1.2Abis接口
BSC和BTS之间的接口称为Abis接口，BSC通过Abis接口与BTS进行互连，两侧配置基站接口设备。
Abis接口是ZXG10-BSS的内部自定义接口，Abis接口采用E1接口，采用75欧的同轴线或120欧双绞线两种方式进行连接。
Abis接口支持星形、链形和树形多种组网方式。
在Abis接口上，数据链路层采用LapD协议，上层有RR等应用协议。
引入动态Abis支持EDGE的9种编码方式。
一.1.3Ater接口
当TC位于MSC侧时，为了降低传输线路的成本，BSC与TC之间通常采用子复用单元SMU。
BSC与TC之间的接口称为Ater接口，Ater接口是ZXG10-BSC（V2）自定义的接口，Ater接口的传输内容与A接口类似，不同的只是话音信号在两个接口中的传输速率：
A接口中的话音信号为64kbit/sA律PCM编码信号，在Ater接口中的话音编码信号同Abis接口。
在Ater接口中传输的信令信号为CCS7。
一.1.4Gb接口
BSC与SGSN之间的接口称为Gb接口，BSC通过Gb接口（帧中继）和SGSN相连。
BSC与SGSN之间通过E1线连接，可按N×64kbit/s（1≤N≤32）速率或2048kbit/s接入，E1线上所使用的时隙和带宽由运营商指定。
在Gb接口上，BSC主要实现RLC/MAC协议、NS协议和BSSGP协议。
一.1.5Qx接口
BSC和后台操作维护中心OMC之间的接口称为Qx接口，该接口提供操作维护指令的输入与系统维护信息的输出。
Qx接口支持以下几种连接方式：
通过X.25专线连接、通过公用分组交换网PSPDN连接、通过A口电路实现BSC到OMC的半永久性连接和通过以太网接口进行连接。
一.2协议介绍
在各种应用系统中，要完成某项功能通常需要多个设备相互配合才能完成，因此各设备必须通过各种接口按照规定的协议实现互连。
也就是说两个实体之间必须遵守某种协议，双方才能通话。
因此接口代表两个相邻实体之间的连接点，而协议就是连接点上交换信息需要遵守的规则。
OSI参考模型的基本结构技术就是分层技术，OSI把协议按其功能分成不同的层面，如图1.21所示。
第1层为物理层或传输层，第2层为链路层或网络层，第3层为应用层。
在GSM系统中，信令协议就是以OSI模型为基础的。
图1.21OSI参考模型分层结构图
ZXG10-BSC（V2）支持电路业务和GPRS分组业务，对于这两类业务，分别采用不同的协议进行处理，下面简单介绍电路业务和分组业务在各相关接口上采用的协议情况。
一.2.1电路业务协议
电路业务的接口协议栈结构如图1.22所示。
图1.22电路型业务的协议栈结构图
一.2.1.1A接口协议
A接口上电路业务的协议分层，如图1.23所示。
图1.23A接口电路业务协议分层结构
1．Layer1－物理层
定义了MSC和BSC的物理层结构，包括物理和电气参数以及信道结构。
采用公共信道信令NO.7（CSS7）的消息转移部分（MTP）的第一级来实现，采用2Mbit/s的PCM数字链路作为传输链路。
2．Layer2－数据链路层和网络层
网络操作程序，定义了数据链路层和网络层。
MTP2是HDLC（高级数据链路控制）协议的一种变体，帧结构分别由标志字段、控制字段、信息字段、校验字段和标志序列所组成。
MTP3和SCCP（信令连接控制部分）主要完成信令路由选择等功能。
3．Layer3—应用层
主要包括BSS应用规程BSSAP，完成基站子系统的资源和连接的维护管理、业务的接续以及拆除的控制。
一.2.1.2Abis接口协议
Abis接口上电路业务的协议分层，如图1.24所示。
图1.24Abis接口电路业务协议分层结构
1．Layer1—物理层
通常采用2Mbit/sPCM链路。
2．Layer2—数据链路层
LapD（D信道链路接入规程）是BTS与BSC之间传送信令的数据链路规程，其目的是使用D信道在第三层各实体间传送信息。
LapD是一种点对多点的通信协议，采用帧结构。
LapD实现以下功能：
●在D信道上提供一个或多个数据连接
数据链路连接利用包含在各帧中的数据链路连接标识符（DLCI）来识别。
DLCI包括TEI和SAPI两部分，分别表示接入到什么服务和什么实体。
●帧的分界，定位和透明性
●顺序控制，保证帧的有序传送
●差错检测
●差错恢复
●把不能修复的差错通知管理实体
●流量控制
其中功能1，2，4由硬件自动完成，3，5，6，7由软件实现。
LapD主要在RSL的LapD模块中实现，LapD模块在RSL的位置如图1.25所示。
图1.25LapD模块的位置
LapD模块和物理层，L3层进行通讯。
L3层协议主要在FURRM模块中处理。
OAMM模块配置LapD模块运行所需的定时器的值，TEI等各种参数。
LapD模块向FURRM模块提供两种信息传输方式：
I帧多帧操作和UI帧操作。
1．I帧多帧操作
L3消息以接收方必须确认的信息帧方式发送。
该方式提供了一整套差错恢复和流量控制的控制机制，以及多帧操作的建立机制和释放机制。
I帧结构如图1.26所示，由标志序列、地址段、控制段、信息段和校验段所组成。
图1.26LapD的I帧结构
地址段包括服务接入点标识SAPI和终端设备识别TEI。
在Abis接口链路上通过TEI来寻址不同的单元；同样的单元通常有多个功能实体，在不同的功能实体之间的逻辑链路通过功能地址SAPI来识别。
LapD支持三种信息：
信令（包括短消息信息）、操作维护和LapD层管理信息。
这三种信息链路由SAPI来区分。
SAPI＝0表示信令链路，SAPI＝62表示操作维护链路，SAPI=63表示LapD层管理链路。
控制段中，N（S）表示发送序号，发送端当前发送的I帧的序号；N（R）表示接收序号，期望的下个I帧的发送序号，N（R）用来预计接收端的指示。
FCS是帧校验序列，用于误码检测。
flag是帧开始和结尾标志，包括6个连续“1”的8bits字型。
2．UI帧操作
L3消息以无序号帧的方式发送，接收方接收到UI帧无需发接收确认，该操作方式不提供流量控制和差错恢复机制。
UI帧结构如图1.27所示。
由地址段、控制段和信息段所组成。
图1.27LapD的UI帧结构
地址段包括服务接入点标识SAPI和终端设备识别TEI。
地址段中P是询问比特，该比特置1表示要求对端同类实体的响应帧。
3．Layer3—应用层
主要传输BTS的应用部分，包括无线链路管理功能和操作维护功能。
一.2.1.3Um接口
Um接口上电路业务的协议分层，如图1.28所示。
图1.28Um接口电路业务协议分层结构
1．传输层（或物理层）：
Um接口的第一层，提供无线链路的传输通道，通过无线电波载体来传送数据，为高层提供不同功能的信道，包括业务信道和逻辑信道。
2．数据链路层：
Um接口的第二层，为MS和BTS之间提供可靠的数据链接，采用的是LapDm协议，它是GSM的专用协议，是ISDN“D”信道协议LapD的变形。
在GSM中，LapDm是MS与BTS之间传送信令的数据链路规程，其目的是使用Dm信道通过无线接口为第三层各实体传送信息。
LapDm基于LapD，作了些简化和改动。
LapDm实现以下功能：
●在一个Dm信道上提供一个点到点的数据链路连接并为上层提供多种业务服务。
数据链路连接利用包含在各帧中的数据链路连接标识符（DLCI）来识别。
DLCI只包括SAPI部分，分别表示接入到什么服务。
●支持各种帧类型的辨认识别。
●支持L3消息在各L3实体间透明传输。
●顺序控制，以保持通过数据链路连接的各帧的次序。
●在数据链路层检测格式和操作错误。
●对不可恢复差错通知L3实体处理。
●流量控制。
●RACH信道接入经立即指配后冲突解决模式的接入支持。
LapDm主要在RSL的LapDm模块中实现。
LapDm模块在RSL中的位置如图1.29所示。
图1.29LapDm模块图
LapDm模块和物理层，L3层进行通讯。
L3层协议主要在FURRM模块中处理。
OAMM模块配置LapDm模块运行所需的定时器的值。
LapDm模块向FURRM模块提供两种信息传输方式：
UI帧操作和I帧多帧操作。
在帧结构上，LapDm取消了帧定界标志FLAG和帧校验序列FCS。
在LapDm中，利用无线接口的同步方案来传递帧边界的信息，无需相应的帧起始和结束的标志。
LapDm没有使用帧校验序列FCS，Um接口的物理层提供的传输方案已经具有差错校验功能。
1．I帧多帧操作
L3消息以接收方必须确认的信息帧方式发送。
该方式提供了一整套差错恢复和流量控制的控制机制，以及多帧操作的建立机制和释放机制。
LapDm的I帧结构如图1.210所示。
图1.210LapDm的I帧结构
LapDm的I帧由地址段、控制段和信息段所组成。
地址段包括服务接入点标识SAPI。
在无线接口上，LapDm支持两种信息：
信令和短消息业务，这两种信息链路由SAPI来区分。
SAPI＝0表示信令链路，SAPI＝3表示短消息链路。
在LapDm帧中，所有TCH上的信息最大长度是23字节，在SACCH上最多21字节，这种差别来自每个SACCH块有两个特殊用途的字节：
时间提前量和发送功率控制。
由于无线接口的帧最大长度为21或23字节，不能满足大多数信令的需要，因此在LapDm中要定义分段和重组。
它利用了一个“附加”位，将报文的最后一帧与其他帧区分开来。
由于这一机制，对无线路径上的报文长度没有固定的限制，唯一的限制来自这些消息也要在其他接口上传送，即无线接口规范中提到的260字节。
控制段中，N（S）表示发送序号，发送端当前发送的I帧的序号；N（R）表示接收序号，期望的下个I帧的发送序号，N（R）用来预计接收端的指示。
2．UI帧操作
L3消息以无序号帧的方式发送，接收方接收到UI帧无需发接收确认，该操作方式不提供流量控制和差错恢复机制。
LapDm的UI帧结构如图1.211所示。
图1.211LapDm的UI帧结构
LapDm的UI帧由地址段、控制段和信息段所组成。
地址段包括服务接入点标识SAP。
地址段中P是询问比特，该比特置1表示要求对端同类实体的响应帧。
3．应用层：
Um接口的第三层，主要负责控制和管理的协议，把用户和系统控制过程的信息按一定的协议分组安排在指定的逻辑信道上，它包括CM、MM和RR三个子层。
CM层：
实现通信管理，在用户之间建立连接、维持和释放呼叫，可分为：
呼叫控制CC、附加业务管理SSM和短消息业务SMS。
MM层：
实现移动性和安全性管理，移动台在发起位置更新时所做的处理。
RR层：
实现无线资源管理，在呼叫期间建立和释放移动台和MSC之间的连接。
一.2.2分组业务协议
分组业务的接口协议栈结构如图1.212所示。
图1.212分组业务协议栈结构
一.2.2.1Um接口
Um接口的协议分层，如图1.213所示。
图1.213Um接口分组协议分层结构
1．GSMRF
射频部分采用与GSM电路业务相同的传输模式，主要规定了载波特性、信道结构、调制方式以及无线射频指标等。
2．RLC/MAC层
RLC是基站和MS之间空中接口无线链路控制协议。
主要功能有Um接口数据块的差错检测，错误数据块的重发选择、确认等。
MAC控制无线信道上的接入信令流程，当大量MS接入共享媒介时作出判决，另外将LLC帧映射到GSM物理信道上。
3．LLC层
该层是个非常可靠的加密逻辑链路。
该层独立于下层无线接口协议，以便在引入另一种GPRS无线解决方案时对网络修改尽量小。
4．SNDCP
SNDCP协议作为网络层与链路层的过渡，将IP/X.25用户数据进行分段、压缩等处理后送入LLC层进行传输。
5．Relay
中继Um和Gb接口之间的LLCPDU。
一.2.2.2Gb接口
1．L1bis—物理传输层
2．网络服务NS（NetworkService）
该协议包含两个子层：
网络服务控制层和帧中继层。
网络服务控制层基于帧中继，用于传送上层的BSSGPPDU。
3．BSSGP
在传输平台上，该协议用于在BSS与SGSN之间提供一条无连接的链路进行无确认的数据传送。
一.2.3TCP/IP协议
TCP/IP协议主要用于前后台（BSC和OMCR之间）的通信，在MP上实现TCP/IP等协议。
TCP/IP协议主要完成以下三个标准的功能：
1．链路建立
TCP建链过程是由后台服务器发起，前台MP接受建链的方式完成的，建链的方式与标准SOCKET建链方式相同。
由于MP处于接受建链的地位，因此链路中断时由后台负责重新建链，MP接收最新的建链请求中的端口号为当前链路的端口号，原有链路的服务器端口号即使仍然存活，MP也不再与其交换数据。
2．数据传送
数据传送是TCP/IP通讯的根本目的所在。
前后台数据的传送都是通过TCP方式进行的。
3．关闭连接
MP没有正常退出一说，因此它一般不会主动关闭连接，但如果它发现发送的消息有问题时，它就只能通过关闭连接来让对方恢复正常。
一.2.4X.25协议
X.25协议主要用于BSC和小区广播中心CBC的通信。
X.25协议在PCOM板实现。
X.25协议在用户设备和分组交换网之间提供了接口，它为分组交换网定义了开放互连模型的下3层：
物理层、链路层和分组层。
X.25协议模型如图1.214所示。
图1.214X.25协议模型
X.25的三层和OSI模型的下三层一一对应，只是把OSI的第3层网络层改称为分组层，其功能是一致的。
X.25的三层协议为BSC与远端DTE之间的高层通信协议提供了可靠的基础。
在PCOM板中，高层协议采用CBC协议，CBC消息在X.25数据分组的用户数据中传送。
X.25协议在PCOM板的实现中主要分为发送、接收和通信控制三个部分。
BSC通过X.25将BSC消息发送给CBC。
BSC的待发送消息组装后，放入X.25消息发送队列，X.25发送处理从发送队列中获取消息，组装成一个或多个X.25数据分组格式进行发送。
CBC通过X.25通信将CBC消息发送给BSC。
X.25接收处理完成对CBC消息接收，在正确接收消息后放入X.25消息接收队列，然后将消息发送给MP。
通信控制主要完成对X.25通信链路的控制功能，包括通信的连接、通信连接的断开、通信故障恢复，通信协议栈的复位，通信异常保护以及通信链路主备。
一.2.5HDLC协议
为了保证信息传输的可靠性和高效性，BSC系统内MP-PP通信采用HDLC协议。
HDLC协议主要功能包括以下四个方面：
1．链路建立
链路建立采用三路握手的方法，保证了只有线路两个方向都正常时才能建立链路。
“三路握手”机制既可以由一方发起同步握手过程而由另一方响应该同步过程，也可以由通讯双方同时发起同步握手。
2．链路选择
正常情况下，任何一个PP或T网均可通过一对COMM板与MP交互数据。
究竟选用哪块COMM板上的通讯链路，由MP根据其选路原则来决定。
选路的动作由模块内通讯控制进程来完成，该进程定时监测链路状态，并定时为建立好链路的PP选择链路。
3．链路保持
对于长时间无消息传输的链路，为了能够及时发现链路故障，由COMM板定时向PP发送链路保持消息，一旦发现消息无法送达PP端，则立即消除该链路的服务标识，并重新开始建链。
4．数据传输
数据传输是模块内通讯的根本目的所在，无论是从MP去PP还是PP送交MP的数据，都可以得到可靠的传输。
第二章基本信令流程
二.1手机位置更新流程
手机位置更新流程如图2.11所示。
图2.11手机位置更新流程
手机首先从小区的RACH信道向BTS发送信道请求（CHREQ：
ChannelRequest），BTS收到处理后向BSC发送信道要求（CHRQD：
ChannelRequired）。
BSC收到后向BTS激活SDCCH信道（CHACT），BTS激活信道后回确认消息（CHACTACK）。
BSC收到后向BTS发立即指配命令（IMMASSCMD），BTS收到后在AGCH信道上向该手机发送立即指配（IMMASS），手机收到后发送SABM，BTS发送UA给手机。
同时BTS向BSC发送信道建立指示（ESTIND），其中包含手机的位置更新请求，BSC将手机的位置更新请求通过CR（LOCUPDREQ）发送给MSC，MSC收到后给BSC回CC消息。
以上完成手机和BTS的SDCCH建链过程，并且从SDCCH将位置更新信息发给MSC，MSC在进行可选的加密模式选择后向手机发送位置更新接受消息（LOCUPDACCEPT）。
接着MSC向BSC发送清除消息（ClearCMD），BSC回清除完成（ClearCOM），同时向BTS发送SDCCH释放消息（CHREL）以及SACCH信道去激活消息（DEACTSACCH）。
BTS收到后向手机发送信道释放消息（CHREL），手机要求BTS释放无线链路（DISC），BTS回释放确认（UA）同时向BSC报告信道释放指示。
接着BSC向BTS发送无线信道释放（RFCHLREL），BTS回确认消息（RFCHLRELACK）完成整个无线信道的释放过程。
二.2手机关机流程
手机关机流程如图2.21所示。
图2.21手机关机流程
关机先建立SDCCH信道，然后从SDCCH信道往MSC发送关机信息（IMSIDETACH），MSC收到消息后，然后将SDCCH信道释放。
二.3移动主叫以及被叫挂机流程
移动主叫以及被叫挂机流程如图2.31所示。
手机主叫时，先建立SDCCH信道，然后从SDCCH上向MSC发起TCH信道的请求。
MSC向BSC发起指配请求，得到BSC确认后，BSC向手机发起立即指配命令，手机跟BTS建立TCH的无线信道，BTS发送信道建立指示并完成立即指配，释放SDCCH信道。
MSC从建立的TCH信道上向手机发回铃音，通过连接和连接确认完成通话过程建立。
被叫挂机后，MSC向手机发送断链消息，手机释放以及MSC回释放完成同时释放TCH信道。
图2.31移动主叫以及被叫挂机流程
二.4移动被叫以及主叫挂机流程
移动被叫以及主叫挂机流程如图2.41所示。
手机被叫时，由MSC向手机发起寻呼消息，手机收到后建立SDCCH信道，然后通过其建立TCH信道后释放SDCCH信道，通过TCH信道完成通话连接。
通话结束后将TCH信道释放。
图2.41移动被叫以及主叫挂机流程
二.5小区内内部切换流程
小区内内部切换流程如图2.51所示。
图2.51小区内内部切换流程
手机不断向BSC上报测量报告，BSC根据其判断是否需要发生切换。
如果需要发生小区内切换时，BSC激活同一小区的另外一条TCH信道，并将该TCH信道立即指配给手机。
手机完成立即指配后，BSC通知MSC该手机发生了小区内切换并将原来的TCH信道释放。
二.6小区间内部切换流程
小区间内部切换流程如图2.61所示。
手机不断向BSC上报测量报告，BSC根据其判断是否需要发生切换。
如果需要发生小区间切换时，手机处在源小区BTS1，BSC激活目的小区BTS2的一条TCH信道，并给手机发送切换命令（HOCMD），手机跟目的小区BTS2的TCH建立连接后完成切换。
BSC通知MSC该手机发生了小区间切换并将源小区的TCH信道释放。
图2.61小区间内部切换流程
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