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一套对GSM各个接口上信令的介绍,比较详细,系统学习一下对于了解系统,分析故障都有帮助。谢谢
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GSM 信令概述
一、 GSM 接口与协议
接口是指两个相邻实体之间的连接点。GSM 网络中的实体有 MS(手机)、
BSS(基站)、BSC(基站控制中心)、MSC(交换中心)、HLR(用户数据
库)等,相应也就存在着多个接口,例如 MS 和 BSS 之间称为 Um 接口,BSS
和 BSC 之间称为 Abis 接口,BSC 和 MSC 之间称为 A 接口,等等。GSM 网络
各实体之间的接口如图 1-1 所示:
图 1-1:GSM 接口
协议是指连接点上交换信息需要遵守的规则。两个实体要通过接口传送特
定的信息流,这种信息流必须按照一定的规约,也就是遵守某种协议,这样信
息才能为双方所理解。按开放系统互连模式 OSI 的概念,协议按其功能可分为
七个层面:第一层为物理层,第二层为链路层,第三层为网络层……等等,每
一层都有各自的协议规约。
不同的接口传送不同的信息流,但其中也可能有一些具有共同性,因此某
些协议可以用在不同的接口上,同一个接口会用到多种协议。通常每种协议用
一个规程的名称或某种缩写来代表,图 1-2 显示了 Um 接口上存在的不同协议:
图 1-2:通过 Um 接口的各种协议
其中 SS 用于移动台对 HLR 设置补充业务的参数;MM 和 CM 用于移动台
和 MSC/VLR 之间交换用户移动性管理信息和通信接续信息;RR 用于移动台和
BSC 之间交换无线资源分配信息。
一种协议在传送过程中可以通过若干个接口,例如图 1-2 中 MM 和 CM 协
议在移动台传到 MSC/VLR 过程中至少要通过 Um 接口、Abis 接口和 A 接口。
因此,接口规程和协议规程是两种不同的规程。
GSM 网络中应用了多种协议,例如 TUP,MAP,BSSAP 等,图 1-3 显示
了 GSM 接口上的各种协议:
图 1-3:GSM 协议
MSC 实体的右侧是到 VLR、HLR、GMSC 和 PSTN 等的接口,应用的协议
有 MTP、SCCP,、TCAP、MAP 和 ISDN/TUP 等,有关这些协议的详细内容可
参见 7 号信令方面的资料,在此不做说明。
·A 接口协议
MSC 实体的左侧是到 BSC 的 A 接口,应用的协议是 BSSAP,利用 7 号信
令 的 MTP 、 SCCP 作 为 信 令 传 输 载 体 。 BSSAP 分 为 两 部 分 , 一 部 分 是
BSSMAP,用以 MSC 与 BSC 之间的信息交换,另一部分是 DTAP,用以 MSC
与 MS 之间的信息交换,主要包括 CM(连接管理)、MM(移动管理),以及
小部分 RR(无线资源管理)信息,这些也被称为第三层消息(因为在 Um 接口
上位于第三层)。
对于通话接续的信令,MSC 与 MS 之间不是用通常的 TUP/ISUP,而是
CM。MSC 把对 MS 的 TUP/ISUP 信令转换成 CM 消息,同样,MSC 也实现
MAP 和 MM 消息之间的转换。
·Abis 接口协议
Abis 接口的第二层用的是 LAPD,这是 ISDN 的一个协议。大部分的第三
层消息(CM、MM、RR)都透明的通过 BTS 实体,有一小部分 RR 消息因为
与 BTS 紧密相关,需要由 BTS 处理,BTS 实体的管理程序(BTSM)管理这些
消息。有时 BTS 需要对这些消息进行修改,例如一个 RR 的加密消息,其中加
密键只需给 BTS 而不用给 MS,这样 BTS 发给 MS 的加密消息就要去掉加密键。
·Um 接口协议
Um 接口的第二层用的是 LAPDm,它相当于去掉了检错纠错功能后的
LAPD 协议,因为 Um 接口的第一层已经具有检错纠错功能。LAPDm 为了适应
Um 接口的无线传输,它的帧长度也比 LAPD 小许多。
Um 接口的第三层协议又分为三个子层,分别是:连接管理(CM)子层、
移动性管理(MM)子层和无线资源管理(RR)子层。这三个子层的信令又统
称为第三层消息。下一部分将详细讲解 Um 接口的规程。
二、Um 接口
Um 接口是指 MS 和 BTS 之间的接口。Um 接口的信令分为三个层次,如图
2-1 所示:
图 2-1:Um 接口
每一层只是与对方的同等层进行对话,在本实体的相邻层之间是通过服务
原语来进行通信,相邻层之间通过分配服务接入点(SAP,用 SAPI 表示)使原
语能在上下层之间进行信息交换。
·第三层信令
Um 接口的第三层信令如图 2-2 所示:
图 2-2:第三层信令
第三层信令包括了所有的移动网络信令内容,主要有三个方面:
1、 建立、维持和终止 MS 到移动网络或通过移动网络到其他网络
的电路交换连接;
2、 附加服务和短信息服务控制功能;
3、 移动性管理和无线资源管理功能;
为了实现这些功能,第三层信令分成三个独立的子层:连接管理(CM)、
移动性管理(MM)、无线资源管理( RR)。对于移动台实体,完整地存在
着三个子层。对于网络侧实体,CM 和 MM 子层存在于 MSC,RR 子层主要存
在于 BSC,各有一小部分 RR 存在于 BTS 和 MSC。下面就每个子层作详细说明。
连接管理 —— CM 子层
CM 子层包含三部分的功能,下面分别描述:
1、 呼叫控制和呼叫相关附加服务管理(CC)
所有的 MS 必须支持 CC 协议,这是保证 MS 能进行通话接续的基础。在
GSM 规范中,CC 信令又可以描述为三个过程:
1)、呼叫建立过程
手机发起呼叫是通过拨号后按发射键开始的,这个过程实际上是通过
CC 层服务接入点(MNCCSAP)的原语交换进行的。当应用程序要求建立
一个呼叫,则选择一个自由状态(null)的 CC 实体,并且通过原语要求其
建立 MS 和网络的 CC 连接,这个 CC 实体再通过原语要求 MM 子层建立一
个 MM 连接。当 MM 子层返回 MM 连接建立确认信息,CC 子层就发送
SETUP 消息给网络,网络收到后会返回 Call Proceeding 和 Alert 消息,当
Connect/Connect Acknowledgment 消息交换后则呼叫建立完成,CC 实体进
入激活(active)状态。
2)、激活状态过程
在激活状态时,CC 实体可以交换呼叫相关事件或呼叫重建消息。
3)、呼叫释放过程
CC 实体通过发送 Disconnect 消息开始释放过程,然后交换 Release/
Release Complete 消息,这时 MM 连接释放并且 CC 实体返回 null 状态。
CC 实体可以同时存在许多个对话过程,如图 2—4 所示。CC 实体间是彼此
独立的,它们与对方对等层之间的对话也是通过独立的 MM 连接进行的,因为
不同的 CC 实体具有不同的 TI 标识。
图 2-3 显示了 CC 实体间交换的所有消息:
9600252
Call establishment messages:
Alerting
Call confirmed 1)
Call proceeding
Connect
Connect acknowledge
Emergency setup 1)
Progress
Setup
Call information phase messages:
Modify 1)
Modify complete 1)
Modify reject 1)
User information
Call clearing messages:
Disconnect
Release
Release complete
Messages for supplementary service control:
Facility
Hold 1)
Hold acknowledge 1)
Hold reject 1)
Retrieve 1)
Retrieve acknowledge 1)
Retrieve reject 1)
Miscellaneous messages:
Congestion control
Notify
Start DTMF 1)
Start DTMF acknowledge 1)
Start DTMF reject 1)
Status
Status enquiry
Stop DTMF 1)
Stop DTMF acknowledge 1)
图 2-3:CC 消息
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