GSM网络拓扑结构与信令流程(

GSM网络结构和主叫信令流程1．GSM网络结构1.1.GSM系统网络简介GSM全名为：Global System For Mobile Communication （全球移动通信系统），是一种起源于欧洲的移动通信技术标准，是第二代移动通信技术，它采用数字通信技术、统一的网络标准，使通信质量得以保证，并可以开发出更多的新业务供用户使用。

一套完整的蜂窝移动通信系统主要是由交换网络子系统（SS）、无线基站子系统（BSS）、移动台（MS）及操作维护子系统（OMC）四大子系统设备组成。

GSM系统如图所示，SS系统包括有移动业务交换中心（MSC）、拜访位置寄存器（VLR）、归属位置寄存器（HLR）、鉴权中心（AUC）和移动设备识别寄存器（EIR）；BSS系统包括有基站控制器（BSC）和基站收发信台（BTS）。

图1.1 GSM系统网络图接口部分如上图所示，BSC与MSC之间的接口为“A”接口；移动交换中心与访问位置寄存器之间的接口为“B”接口；移动交换中心与归属位置寄存器之间的接口为“C”接口；归属位置寄存器与访问位置寄存器之间的接口为“D”接口；移动交换中心之间的接口为“E”接口；移动交换中心与设备标志寄存器之间的接口为“F”接口；访问位置寄存器之间的接口为“G”接口；BSS与MS之间的接口为“Um”接口；基站收发台与基站控制器之间的接口为“Abis”接口。

在模拟移动通信系统中，TACS规范只对Um接口进行了规定，而未对A接口做任何的限制。

因此，各设备生产厂家对A接口都采用各自的接口协议，对Um接口遵循TACS规范。

也就是说，SS系统和BSS系统只能采用一个厂家的设备，而MS可用不同厂家的设备。

组成部分简介及接口等。

1.2.交换网络子系统（SS）交换网络子系统（SS）主要完成交换功能和客户数据与移动性管理、安全性管理所需的数据库功能。

SS由一系列功能实体所构成，各功能实体介绍如下：1.2.1.MSC移动交换中心它是GSM网络系统的核心部分，是对位于它所覆盖区域中的移动台进行控制和完成话路交换的功能实体，也是移动通信系统与其它公用通信网之间的接口。

GSM网络陆地信令流程1，GSM BSS系统软件模块结构（1），RSS（无线子系统）部分LAYER1（层1）：●下载固件●是RSS部分和硬件的接口链路●收集故障信息并汇报给FCP●为CRM做立即分配提供数据库●将layer2下行链路的信息翻译成DRI/DPR消息●将上行DRI/DPR的消息翻译成layer2的消息●支持在一个消息上进行多寻呼、多个立即分配、多个立即分配拒绝●有能力获得非同步切换的时间值并送到DRI中去LAYER2(层2)：LAYER2是处于layer1和RSS Abis（layer3）之间的链路。

Layer2执行数据链路层（OSI Layer2）的功能。

在规范TS GSM 04.05和TS GSM 04.06中，对Layer2从layer3到layer1的功能进行了定义。

这些功能是用来解释从层1和层3来的消息并对之作出反应。

层3消息通过此转换成LAPDm帧并传送到Layer1去。

LAYER2可直接处理最大为255Bytes的SMS消息；它也可证实SMS 消息及执行SMS消息的分割/组合等等。

ABIS：BSS软件模块结构ABIS接口可提供RSS和CP之间的接口和消息协议。

所有在CP和RSS之间传送的消息都将通过RSS的ABIS接口，连到CP的RRSM和RCI上。

主要的功能有：●初始化RSS的ABIS●检查下行消息的正确性●通过SWFM汇报、记录一些错误的状态●将下行消息翻译为RSS内部消息●将上行消息翻译为RSS-CP的接口消息●处理点对点的短消息HO进程：●控制手机的上行发射功率和TCU的下行发射功率●计算并控制手机的时间提前量●判断是否需切换●监控空闲信道的干扰●检查丢失的SACCH帧（2），呼叫进程（call processing）MTP L3/L2和SCCP预处理程序：●MTPL3用来维护MSC_BSS之间的信令链路●MTPL2用来负责对MTP的数据链路层的操作●SCCP预处理程序用来判断消息的类型（是DTAP or BSSMAP），并随后发送内部消息BSS软件模块结构SSM(SCCP State Machine)：SSM用来维持MSC接口的呼叫状态。

GSM信令流程总结呼叫建立阶段的信令流程如下：1.扫描和选择基站：移动台扫描周围的基站，并选择最强信号的基站进行连接。

2.建立无线连接：移动台发送连接请求给所选择的基站。

基站收到请求后，发送连接确认给移动台。

3.注册移动台：移动台通过发送注册请求将自己的位置信息注册到网络中。

基站收到请求后，发送注册确认给移动台。

4.寻呼移动台：当有呼叫或短信发送给移动台时，网络会发送寻呼请求给所在区域的基站。

基站通过广播方式将寻呼请求发送给所有的移动台。

5.移动台响应：移动台收到寻呼请求后，发送响应给所在区域的基站。

基站收到响应后，向核心网发送移动台的位置信息。

6.路径设置：核心网根据移动台的位置信息确定路由和传输路径，以确保呼叫可以正确连接。

呼叫释放阶段的信令流程如下：1.完成通话：通话结束后，通信控制器向基站发送释放请求。

2.呼叫释放确认：基站收到释放请求后，向核心网发送释放确认。

3.核心网清除连接：核心网收到释放确认后，清除与移动台的连接，并从网络中删除移动台的位置信息。

4.发送呼叫释放消息：基站向移动台发送呼叫释放消息。

5.移动台响应：移动台收到呼叫释放消息后，确认释放，并将自己恢复到空闲状态。

在整个信令流程中，GSM使用了多种信令协议和消息来实现不同的功能。

例如，移动台和基站之间使用的信令协议是GSM-MAP（Mobile Application Part），它用于处理移动台的位置注册和寻呼等功能。

通信控制器和核心网之间使用的协议是SS7（Signaling System No.7），它用于处理呼叫建立和释放的信令交换。

总结起来，GSM信令流程是一个复杂的过程，涉及到移动台和基站、基站和核心网之间的信令交换。

通过这个信令流程，GSM实现了移动通信网络中的呼叫建立和释放等功能，确保通信连接的可靠性和稳定性。

GSM信令流程分析在建立连接阶段，移动设备通过寻呼信令广播来寻找可用基站。

一旦找到基站，移动设备发送一个呼叫请求信令给基站，请求建立连接。

基站收到呼叫请求信令后，会向移动交换中心（Mobile Switching Center，MSC）发送一个移动呼叫请求信令。

MSC收到移动呼叫请求信令后，会发送一个位置更新请求给移动设备，以确定设备的位置和所在位置区域。

设备收到位置更新请求后，会发送一个位置更新应答信令给MSC，告知自己的新位置。

MSC在接收到位置更新应答后，会开始进行鉴权和鉴别过程，以验证设备的身份和合法性。

一旦设备通过鉴权和鉴别过程，MSC会向目标设备发送一个移动呼叫应答信令，建立连接。

设备收到呼叫应答信令后，会发送一个连接确认信令给MSC，从而确认连接的建立。

一旦呼叫被接听，通话双方可以通过交换信令来进行通话。

例如，当一方想要挂断通话时，会发送一个释放连接信令给MSC，表示结束通话。

MSC接收到释放连接信令后，会向另一方发送一个释放连接信令，同时关闭连接。

最后是释放连接阶段。

在这个阶段，设备和基站之间的连接会被正式释放。

这通常发生在通话结束后，或者在通话过程中发生错误或中断时。

释放连接的信令流程可以由设备或基站发起，方法包括发送释放信令、确认释放信令以及释放信令的回复。

总之，GSM信令流程涵盖了从建立连接到通话再到释放连接的整个过程。

它通过信令的传递和交换，实现了移动设备和基站之间的通信和协调。

这一流程确保了GSM网络的可靠性和稳定性，使得移动通信变得更加便捷和高效。

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。

第一节呼叫过程的信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。

信令流程分析总结主叫：1，信道请求（Channel Request）2，寻呼请求类型1（Paging Request Type 1）：网络给两个移动台发寻呼,包括寻呼模式、移动台1和2需要的信道、移动识别1、移动识别2等3，系统信息类型2（System Information Type 2）：网络到所有移动台,在BCCH上发送，指示RACH的控制信息及邻小区的BCCH信息4，立即指配（Immediate Assignment）：网络给移动台分配一个SDCCH ,(只包含一个MS指配信息),包括指配信道的描述、"信道请求"的信息字段和接收到"信道请求"帧的帧号、最初的时间提前量、起始时间指示(可选)5，CM业务请求（CM Service Request）：从移动台到网络6，系统信息类型6（System Information Type 6）：网络到所有移动台,在SACCH 上发送, 小区识别号、位置区识别号、允许的7，等级改变（Classmark Change）8，GPRS Suspension Request9，测试报告（Measurement Report）10，鉴权请求（Authentication Request）11，鉴权响应（Authentication Response）12，Identity Request13，Identity Response14，CM业务接受（CM Service Accept）：从网络到移动台，指示被请求的业务已经被接受15，建立（Set Up）16，呼叫进程（Call Proceeding）：该信息由网络发向主叫移动台，指示被请求的呼叫建立信息已经被接收,不会再接收更多的呼叫建立信息被叫：17，寻呼请求类型1（Paging Request Type 1）：网络给两个移动台发寻呼,包括寻呼模式、移动台1和2需要的信道、移动识别1、移动识别2等18，信道请求（Channel Request）19，立即指配（Immediate Assignment）：网络给移动台分配一个SDCCH ,(只包含一个MS指配信息),包括指配信道的描述、"信道请求"的信息字段和接收到"信道请求"帧的帧号、最初的时间提前量、起始时间指示(可选)20，寻呼响应（Paging Rrsponse）21，等级改变（Classmark Change）22，GPRS Suspension Request23，测试报告（Measurement Report）24，鉴权请求（Authentication Request）25，鉴权响应（Authentication Response）26，Identity Request27，Identity Response28，建立（Set Up）：指示启动呼叫建立29，通话确认（Call Confirmed）：该信息由被叫移动台发出，用来确证收到呼叫请求；30，指配命令（Assignment Command）31，指配命令完成（Assignment Complete）32，信号发送（Alerting）主叫：33，指配命令（Assignment Command）34，指配命令完成（Assignment Complete）35，告警信息（Alerting）：从网络到主叫移动台或从被叫移动台到网络，用来指示被叫手机启动告警（即回铃音）。

信令流程的详细描述同步过程当手机开机后，会去扫描所有的无线信道并在3秒至5秒内测量它们的信号强度，将30个信号最强载频存储下来，然后调制到信号强度最强的载频上，通过扫描它的FCCH突发脉冲来判断它是否是一BCCH频点，若是的话会继续去收听它的SCH突发脉冲，看是否能对之进行解调，若能通过解出的BSIC号，看是否是被SIM卡禁止的若可以接入，则继续收听BCCH广播，看该小区是否被禁止接入，若允许接入则根据小区选择准则C1算法，看是否满足C1大于0的要求，若完全通过则该小区则被选为服务小区，若其中一步失败则对次强信道进行同样的流程。

手机空闲状态下的工作当手机进入空闲模式下后，手机先对该服务小区的系统消息进行按TC顺序进行分析，若是GSM900M的话，将会系统接受SYSTEM INFORMATION TYPE 1、TYPE2、TYPE3、TYPE4；若是GSM1800M的话，则会系统接受TYPE1、TYPE2、TYPE2 BIS、TYPE3、TPPE4；若是双频网络的话会系统接受TYPE1、TYPE2、TYPE2 BIS、TYPE2 TER、TYPE3、TPPE4；每个系统消息相隔一个51复祯，中间还要根据noofMultiFrameBetweenPaging参数所定义的时长到所指定的寻呼块来接受系统的寻呼消息（一般在寻呼业务量大的地方，或邻小区多的地方该值定义的较小，即定义了手机不连续接受的时长，该值越大，在该服务区的手机就越省电，如市区可定义为2即手机在102祯内收听一次寻呼消息，郊区可定义为4或6），在手机完成对系统消息的测量后，就进入休息状态，仅在指定的寻呼块内受听寻呼消息并同时测量邻小区的BCCH的接收电平，在30秒左右的时间内又将会去收听系统消息，来判断小区重选的进程。

现对手机发起呼叫的流程进行分析：1)MS通过RACH信道先发起一channel request 消息（8bits），其中包括请求信道原因及一个随机参考值，来等待AGCH信道的指派，此时MS在物理信道TS0上等待BSC给它分配无线资源。