1、GSM通信流程非常全面解析课程说明课程介绍GSM通信流程包括两方面的内容:呼叫基本流程,信令基本流程。其中,呼叫流程主要包含:移动主叫流程,移动被叫流程,汇接呼叫流程。信令基本流程主要包含:鉴权流程,位置登记流程,呼叫重建流程,BSC内部切换流程,BSC间切换流程,MSC间切换流程,移动始发短消息流程,移动终结短消息流程,定向重试流程。这些流程从系统的角度描述了移动用户经常发生的行为,描述了GSM的几个组成部分在呼叫流程、信令流程中的相互关系,对移动性特征做重点说明。课程目标本课程的重点是介绍GSM系统的协同工作过程,涉及内容包含:呼叫、位置更新、切换、短消息。对流程的介绍突出了移动特征,具体
2、的信令细节本课程不做描述,可以参考ETSI的GSM规范获得更加详细的内容。通过学习本课程,可以基本掌握: 移动用户做位置登记的信令过程; 移动用户做主叫的信令过程; 移动用户做被叫的信令过程; MSC做汇接呼叫的信令过程; BSC内切换信令过程; BSC间切换的信令过程; MSC间切换的信令过程; 呼叫重建的信令过程; 定向重试的信令过程。对这些信令流程学习之后,对GSM系统的原理会有更加深刻的了解,对每个功能实体(MS,BTS,BSC,MSC,VLR,HLR)的功能有更加深刻的体会。相关资料ETSI关于GSM的规范,主要是:GSM0408,GSM0808,GSM0902。第1章 呼叫过程的信
3、令分析对一次发生在移动用户间的呼叫来说,信令流程可以分为三个相对独立的部分: 主叫移动用户部分 被叫移动用户部分 拆线部分1.1 主叫信令流程移动用户做主叫时的信令过程从MS向BTS请求信道开始,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,业务请求等几个步骤。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,呼叫建立等几个步骤。经过这个阶段,主叫用户的身份已经得到了确认,网络
4、认为主叫用户是一个合法用户,允许继续处理该呼叫。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(MSRN)。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。 注意: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
5、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。只有当VLR中的鉴权集使用完毕,VLR才发起向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,那么就不会向其它MSC发送初始地址消息(IAI/IAM),而是根据被叫用户的位置区直接通知本局BSC对被叫用户发起寻呼。如果被叫用户非本局用户,则通过信令路由分析,通过适当的链路向目的MSC发IAI消息,以建立话路。主叫接入阶段、鉴权阶段主要信令:当用户输入被叫号码完毕按下发射按纽后,手机(以下以MS代替)将进行一系列动作,首先MS将在随机接入信道(RACH)向B
6、SS发送信道请求消息,以便申请一个专用信道(SDCCH),BSC为其分配相应的信道成功后,在接入允许信道(AGCH)中通过立即分配消息通知MS为其分配的专用信道,随后MS将在为其分配的SDCCH上发送一个层三消息-CM业务请求消息,在该消息中CM业务类型为移动发起呼叫,该消息被BSS透明的传送至MSC,MSC收到CM业务请求消息后,通过处理接入请求消息通知VLR处理此次MS的接入业务请求,(同时,由于在BSC和MSC之间用到了SCCP有连接服务,为建立SCCP连接,MSC还将向BSC回连接确认消息),收到业务接入请求后,VLR将首先查看在数据库中该MS是否有鉴权三参组,如果有,将直接向MSC下
7、发鉴权命令,否则,向相应的HLR/AUC请求鉴权参数,从HLR/AUC得到三参组,然后再向MSC下发鉴权命令。MSC收到VLR发送的鉴权命令后,通过BSS向MS下发鉴权请求,在该命令中含有鉴权参数,MS收到鉴权请求后,利用SIM卡中的IMSI和鉴权算法,得出鉴权结果,通过鉴权响应消息送达MSC,MSC将鉴权结果回送VLR,由VLR 核对MS上报的鉴权结果和从HLR取得的鉴权参数中的结果,如果二者不一致,拒绝此次接入请求,此次呼叫失败;如果二者一致则鉴权通过,鉴权通过后,VLR将首先向MSC下发加密命令,然后通知MSC该MS此次接入请求已获通过,MSC通过BSS通知MS业务请求获得通过,然后MS
8、C向MS下发加密命令,该命令内含加密模式,MS收到此命令并完成加密后,回送加密完成消息,到此MS完成了 整个接入阶段的工作。TCH指配阶段、取被叫漫游号码阶段主要信令:经过接入阶段和鉴权加密过程后,主叫用户的合法身份已经得到确认,已经接入了网络,为继续进行呼叫,需要更为详细的信息,按照规范,此时MS将发送一个set up消息,在此消息中,携带有被叫号码和主叫标识等更为详细的信息,MSC收到此消息后,首先通过S.I.F.O消息 向VLR查询该用户的相关业务信息,VLR根据此次业务类别和开户时MS已经申请的业务信息,决定此次呼叫是否可以继续,如果可以继续,通过完成呼叫消息向MSC回送该用户数据,M
9、SC收到该信息后,通过呼叫继续消息,经BSS通知MS呼叫在继续处理之中,然后,根据A接口电路情况,向BSC发送指配请求消息,在该消息中选定某条A接口电路,BSC收到该指令后,向BTS、MS指定无线资源,MS收到该指令后,占用成功回送分配完成消息,到此TCH指配阶段完成,本局的无线资源和A接口电路均已成功分配。MSC收到MS上报的指配完成消息后,进行被叫分析,根据被叫号码,寻址到HLR,发送路由信息请求消息,HLR收到该消息后,根据被叫IMSI查询得到被叫所在的VLR,向被叫所在的VLR请求漫游号码,被叫所在的VLR在受到请求漫游号码消息后,为对应的MS分配MSRN,然后在请求漫游号码响应消息中
10、回送给HLR,HLR得到该MSRN后,向主叫所在MSC发送路由信息响应消息,MSC从该消息中得到被叫的MSRN,根据MSRN进行局间中继选路,并向被叫所在的MSC发送IAI消息。至此主叫信令流程基本结束。1.2 被叫信令流程对移动用户来说,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。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。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,
11、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,被叫振铃,主叫听回铃音。如果这时被叫用户摘机,主被叫用户进入通话状态。被叫接入阶段、鉴权阶段主要信令流程 1、 当一个端局MSC收到它局发送的IAI消息后,为了确定被叫用户是否能够接受此次呼叫,MSC会首先通过S.F.I.C消息向相应的VLR查询有关该被叫用户的用户信息,2、 如果VLR通过查询用户信息,发现该用户可以接受此次呼叫(未关机且允许接受呼叫),会向MSC发送寻呼命令消息,在该消息中,含
12、有用户的位置信息(LAI),3、 MSC收到此信息后,查询数据,得到控制此位置区的BSC的信令点编码,向相应的BSC下发寻呼命令,BSC通知所控制的BTS在寻呼信道(PCH)下发寻呼消息。 4、 手机一直在侦听该信道,当收到寻呼自身的消息后,在随机接入信道(RACH)上报寻呼响应消息,(由于在A接口用到了SCCP的有连接服务,所以寻呼响应同时被视为SCCP的连接建立请求消息,MSC的SCCP层对应的应该回一个连接证实消息),5、 同时MSC向VLR发送处理接入请求消息,VLR首先启动鉴权流程,查看该用户的鉴权参数组,如果VLR中没有该用户的鉴权三参组,VLR会发起向HLR取鉴权参数的过程(详细
13、过程可以参见主叫用户的接入过程中的鉴权过程),否则VLR会直接向MSC发送启动鉴权消息,6、 在启动鉴权消息中含有该用户的一个鉴权三参组(RAND,KC,SERS),MSC收到该消息后,会继续通知对应的BSC、BTS下发鉴权命令, 7、 MS收到鉴权请求后,根据SIM卡中的KI,计算出对应的SERS,之后,将SERS在鉴权响应消息中上报MSC,MSC回送至VLR,8、 VLR收到鉴权响应消息后,核对上报的SERS和从HLR得到的三参组中的SERS是否一致,如果一致,向MSC发送接入请求接受消息,通知MSC该用户的此次接入请求被接受。并通过完成呼叫消息向MSC回送被叫的用户信息;如果不一致,此次
14、呼叫将被拒绝。被叫TCH指配阶段、通话阶段主要信令流程:1、 MSC收到完成呼叫消息后,向BSS侧发送SETUP消息,提示将建立呼叫,MS收到该消息后,回送呼叫证实消息,2、 之后,MSC选择相应的A接口电路,向对应的BSC发送指配请求消息 ,BSC根据资源情况分配相应的无线资源,并通知MS,MS占用成功后回送指配完成消息,同时被叫MS开始震铃,向其所在MSC回震铃消息,该MSC向主叫所在MSC回地址全消息,主叫所在MSC向MS发送被叫震铃消息,此时主机用户可以听到回铃音;被叫用户如果决定接受此次呼叫,按应答按纽,此动作被手机翻译成为CONNECT消息,向MSC发送,MSC收到该消息后,向主叫
15、MSC发送应答消息(ANC),主叫MSC收到此消息后,向主叫MS发送连接建立请求消息,主叫MS相应的向主叫所在MSC回连接证实消息,此消息经被叫MSC传送至被叫MS,于是,本此呼叫开始通话,双方进行通话。主叫MSC完成呼叫消息后,向BSS侧发起setup消息,建立呼叫,MS收到该消息后,回送证实消息(call confirmed),1.3 拆线部分拆线部分相对而言是个很独立的过程,不管是主叫先发起还是被叫先发起,流程基本是类似的:拆线、释放、释放完成、清除、清除完成,不同之处仅在于交换局之间的TUP消息略有不同。主叫先拆线:在拆线阶段,手机用户的挂机动作被手机转换为拆线消息(Disconnec
16、t),经BTS、BSC向MSC传送,MSC收到拆线请求之后,有两个动作:向BSC下发释放命令(Release);同时MSC需要向被叫所在的MSC发送前向拆线TUP消息请求。此后,主叫方和被叫方的拆线过程将分别进行:主叫所在MSC在收到拆线消息后,首先向MS发送DTAP消息REALSE命令,MS去活本次呼叫占用的所有信道,并发送释放完成消息确认,网络侧则会在本端释放所占信道以便可以分配给其它呼叫连接使用;之后,MSC向BSS发送BSSMAP消息CLEAR COMMAND,指示应该释放无线资源,BSS收到CLEAR COMMAND 消息后,开始清除无线接口,同时将分配给此次呼叫的地面资源均标示为空闲,向MSC发送CLEAR COMPLETE ,MSC收到CLEAR COMPLETE 消息
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