GSM通信流程.docx

1、GSM通信流程GSM通信流程目录课程说明 1课程介绍 1课程目标 1相关资料 1第1章 呼叫过程的信令分析 21.1 主叫信令流程 21.2 被叫信令流程 61.3 拆线部分 91.4 移动呼叫移动（主叫、被叫在同一个MSC内） 121.5 移动呼叫移动（主叫、被叫在不同的MSC内，拆线过程略） 141.6 移动呼叫固定用户 161.7 固定用户呼叫移动用户（经GMSC到VMSC） 181.8 固定用户呼叫移动用户(PSTN直接与VMSC相连,VMSC兼做GMSC) 201.9 呼叫过程的异常流程：VLR返回一个否定的“访问请求消息” 231.10 呼叫过程的异常流程：移动用户不允许呼出 24

2、1.11 呼叫过程的异常流程：移动用户话音信道分配失败 251.12 呼叫过程的异常流程：对被叫移动用户选路失败 261.13 呼叫过程的异常流程：从被叫用户所在局收到TUP失败信号 271.14 呼叫过程的异常流程：被叫用户关机 281.15 呼叫过程的异常流程：VLR指示被叫用户不可能接入 311.16 呼叫过程的异常流程：无寻呼响应 321.17 呼叫过程的异常流程：被叫用户忙 351.18 呼叫过程的异常流程：被叫侧无线话务信道指配失败 381.19 呼叫过程的异常流程，MS-B久叫不应 401.20 呼叫过程的异常流程：释放异常 431.21 用户早释 44小结 44第2章 鉴权 4

3、52.1 鉴权原理和操作机制 452.2 鉴权执行控制过程 482.3 VLR鉴权时的异常情况 49小结 50第3章 位置更新 513.1 位置更新类型 513.2 成功操作 513.2.1 位置更新仅涉及VLR 513.2.2 位置更新涉及VLR和HLR 523.2.3 位置更新时使用前一个VLR分配的TMSI来标识 543.2.4 IMSI分离(或关机) 563.2.5 IMSI接入 573.3 异常情况 573.3.1 位置更新时，VLR不认识TMSI 573.3.2 位置更新不接受 （以仅在VLR完成位置更新为例） 58小结 58第4章 切换 594.1 切换的起因： 594.2 切换

4、启动方式 594.3 切换类型 604.4 控制流程（以BSS启动“切换请求指示”为例） 604.4.1 同MSC基站间切换 604.4.2 PLMN内不同MSC之间的基站间切换 624.4.3 局间切换处理 63小结 64第5章 短消息流程 655.1 移动始发短消息的基本流程 655.2 移动终结短消息的基本流程 665.3 短消息案例 67小结 68第6章 呼叫重建和定向重试流程 696.1 呼叫重建的基本流程 696.2 定向重试的基本流程 70小结 71习题及答案 72附录一 DTAP消息 77附录二 DTAP消息 78附录三 BSSMAP消息 79附录四 BSSMAP消息 80附录

5、五 缩略语清单 82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，具体的信令

6、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 呼叫过程的信令分析

7、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，网络认为主

8、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取鉴权

9、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BSS发

10、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下发鉴权

11、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MSC向M

12、S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，MSC收

13、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回送给

14、HLR，HLR得到该MSRN后，想主叫所在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，加密模

15、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，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，含有用户的位置信息（L

16、AI），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。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），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（详细过程可以参见主叫用户的接入过程中的鉴权过

17、程），否则VLR会直接向MSC发送启动鉴权消息，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，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，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，此次呼叫将被拒绝。被叫TCH指配阶段、通话阶段主要信令流程：MS

18、C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，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

19、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。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（Disconnect）,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

20、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 消息后，释放地面资源。被叫所在MSC收到CLF消息后，向主叫所在MSC会释放保护消息，同时启动本局资源释放流程：M

21、SC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 消息后，释放地面资源。被叫先挂机：1.4 移动呼叫移动（主叫、被叫在同一个MSC内）1.5 移动呼叫移动（主叫、被叫在不同的MSC内，拆线过程略）1.6 移动

22、呼叫固定用户1.7 固定用户呼叫移动用户（经GMSC到VMSC）1.8 固定用户呼叫移动用户(PSTN直接与VMSC相连,VMSC兼做GMSC)1.9 呼叫过程的异常流程：VLR返回一个否定的“访问请求消息”1.10 呼叫过程的异常流程：移动用户不允许呼出1.11 呼叫过程的异常流程：移动用户话音信道分配失败1.12 呼叫过程的异常流程：对被叫移动用户选路失败1.13 呼叫过程的异常流程：从被叫用户所在局收到TUP失败信号1.14 呼叫过程的异常流程：被叫用户关机被叫用户MSB已关机，则在VLR中设置了IMSI分离标志，那么HLR请求MSRN时，VLR因该MS已有分离标志而作MSRN分配失败。

23、HLR则返回一个“MSRN请求”否定的结果.1.15 呼叫过程的异常流程：VLR指示被叫用户不可能接入如果VLR收到的来话用户不可能接入，如该用户呼叫被禁止或VLR收到非期望值时，则本次呼叫释放。1.16 呼叫过程的异常流程：无寻呼响应1.17 呼叫过程的异常流程：被叫用户忙1.18 呼叫过程的异常流程：被叫侧无线话务信道指配失败1.19 呼叫过程的异常流程，MS-B久叫不应如果被叫久叫不应，则网络对主叫和被叫启动清除过程。1.20 呼叫过程的异常流程：释放异常1.21 用户早释移动用户无拨号早释。在呼叫接续处理过程中用户可能早释，早释发生时，MS发出“断连”信号(discconect)发向网

24、络，网络在呼叫处理的不同阶段接收到该“断连”消息即进入释放处理，释放呼叫。释放过程的信号 流程参见正常的释放情况。小结本节课主要描述了移动用户的呼叫过程的信令流程，包括移动主叫，移动被叫，汇接呼叫。应该能够掌握各种呼叫过程的信令流程，如移动呼叫固定用户，固定用户呼叫移动用户，TMSC的汇接呼叫过程的信令流程。对各种异常流程应该有一定认识，特别是资源的释放过程。第2章 鉴权2.1 鉴权原理和操作机制鉴权是通过比较MS提供的鉴权响应和AUC提供的鉴权三参数组之间是否一致进行判断的，通过鉴权，可以防止非法用户（比如盗用IMSI和KI复制而成的卡）使用网络提供的服务。首先明确MS中SIM卡和AUC中存

25、贮的信息： SIM卡中：固化数据：IMSI，Ki，A3、A8安全算法。这些内容不会更改。临时的网络数据TMSI，LAI，Kc，被禁止的PLMN业务相关数据 AUC中：用于生成随机数(RAND)的随机数发生器鉴权键Ki各种安全算法，这些安全算法和 SIM卡中的算法相一致。AUC的基本功能是产生三参数组(RAND、SRES、Kc)，其中： RAND由随机数发生器产生； SRES由RAND和Ki由A3算法得出； Kc由RAND和Ki用A8算出。三参数组产生后存于HLR中。当需要鉴权时，由MS所在服务区的MSC/VLR从HLR中装载至少一套三参数组为此MS服务。具体到某次鉴权时，如果此时VLR中还有该

26、MS的三参组（或者允许重复使用三参组），则HLR不参与鉴权过程，VLR直接向MS下发鉴权命令；如果VLR中已经没有该MS 的三参组，则需首先向HLR取三参组。2.2 鉴权执行控制过程2.3 VLR鉴权时的异常情况小结本节课主要描述了鉴权的过程。鉴权是数字网络区别与模拟网络的重要特性之一。通过鉴权，系统可以为合法的用户提供服务，对不合法的用户拒绝服务。通过本课学习，主要了解鉴权的原理、鉴权中心的作用、系统判断非法用户的依据。第3章 位置更新3.1 位置更新类型 正常位置更新 周期位置更新 IMSI附着/分离当HLR被置于故障指示时，VLR收到MS发出的业务操作3.2 成功操作3.2.1 位置更新

27、仅涉及VLRMS进入新位置区，新旧位置区在同一MSC覆盖区域内，即VLR并未改变。3.2.2 位置更新涉及VLR和HLR包括下列情况：MS处于新的VLR的位置区域，所以该位置区必须更新到HLRMS首次登记到网络位置在VLR登记后相关网络数据已经丢失，此时MS必须使用IMSI标识自己。文中：LAIO=旧LAI号，LAIN=新LAI号3.2.3 位置更新时使用前一个VLR分配的TMSI来标识当MS进入新的VLR(VLR2)位置区，请求位置更新时使用的是前一个VLR(PVLR)分配的TMSI来标识自己为得到该MS 的鉴权三参组，VLR2需要知道该MS的归属HLR地址信息，VLR2可以从IMSI分析得

28、到该信息，为了得到该MS的“IMSI”，VLR2需要同PVLR通信，故此时位置更新将涉及VLR2，PVLR和HLR3.2.4 IMSI分离(或关机)3.2.5 IMSI接入IMSI重新进入活动状态，而位置自从IMSI分离后已改变，则如6.2.那样通过位置更新过程来完成；如位置自从IMSI分离后未改变，则IMSI接入过程通过如下描述完成：(本过程仅在VLR中已设置了“IMSI分离”标志之后使用)3.3 异常情况3.3.1 位置更新时，VLR不认识TMSI当MS以TMSI标识自己，但VLR不认识该TMSI，则VLR首先要求MS进行鉴权，此鉴权过程可参见“鉴权异常情况”，鉴权成功后，接着的位置更新如

29、“位置更新的成功操作”那样来完成。3.3.2 位置更新不接受 （以仅在VLR完成位置更新为例）小结本课介绍了位置更新的相关内容。学习本课后，应掌握位置更新的原因、分类，主要流程。明确位置更新和切换的区别。第4章 切换4.1 切换的起因：(1) 无线标准 信号质量 场强MS和/BTS接收电平 MSBTS距离 改善干扰与功率控制（选择在确保正常通信质量的情况下切换的小区以尽量减少MS传输功率从而改善干扰）(2) 网络标准 话务负荷（防止小区拥塞，均化话务；但扰乱了小区规划并增加了对周围区域的干扰强度)，只在出现特殊事件，局部地区产生峰值时暂时使用，如举行运动会，交易会，发生了自然灾害时等。 O&M

30、原因，应操作维护方面的需要4.2 切换启动方式(3) BSC根据管理标准而检测到无线传输原因而执行切换判决 MS测量周围邻近小区下行信号电平和质量，以搜寻可供选择的BTS，并将结果报告正在服务的BTS 正在服务的BTS对MS上行信号电平，质量和距离进行测量 MS测量结果与BTS测量结果送往BSC进行处理，BSC根据传输质量标准作出切换判决 (4) MSC询问切换候选人由于MSC业务的原因，MSC希望确定是否能够切换到MS所指定的小区，则MSC发“切换候选者询问”消息到BSS，希望BSS识别在某一特定小区可以切换到另一些小区的切换候选者数目，消息中包含最大候选者的数目。4.3 切换类型(5) 内

31、部切换由BSS控制进行，MSC不参与介入切换控制过程；BSS仅在切换完成后发送“切换完成消息”到MSC。内部切换有几种类型： 小区内切换同一个无线频道的话务信道之间不同的无线频道之间 同基站内小区间切换(6) 外部切换（MSC参与控制切换过程） 同MSC内不同基站间切换 同PLMN不同MSC之间基站间切换 不同PLMN的基站间切换，GSM未定义4.4 控制流程（以BSS启动“切换请求指示”为例）4.4.1 同MSC基站间切换4.4.2 PLMN内不同MSC之间的基站间切换 局间切换GSM定义为两种切换基本切换最初的MSC（MSCA）的移动用户MS需要切换到另一个MSC（MSCB）的基站去，MSCA主控这个切换后续切换同一个接续在基本切换之后，已在MSCB的MS又需切换到另一个MSC（MSCB）或重新返回到MSCA