GSM信令概述

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： 9600252Call establishment messages:AlertingCall confirmed 1)Call proceedingConnectConnect acknowledgeEmergency setup 1)ProgressSetupCall information phase messages:Modify 1)Modify complete 1)Modify reject 1)User informationCall clearing messages:DisconnectReleaseRelease completeMessages for supplementary service control:FacilityHold 1)Hold acknowledge 1)Hold reject 1)Retrieve 1)Retrieve acknowledge 1)Retrieve reject 1)Miscellaneous messages:Congestion controlNotifyStart DTMF 1)Start DTMF acknowledge 1)Start DTMF reject 1)StatusStatus enquiryStop DTMF 1)Stop DTMF acknowledge 1)

图2－3：CC消息

图2－3：Um接口协议结构

2、短消息服务（SMS）

短消息服务的实体叫SMC，用短消息控制协议（SM-CP）在MS与MSC之间进行短消息的传输。SMC实体提供MNSMS-SAP短消息服务接入点给短消息应用程序。图2－5显示了短消息协议结构：

9601184Short MessageApplicationShort MessageTransferShort MessageRelayConnection Management(CM)Mobility Management(MM)Radio ResourceManagement (RR)SMRSMCSMRSMCSM-RPSM-CPMSMSCRP - Relay ProtocolCP - Control Protocol

图2－5：点对点短信结构

3、呼叫无关附加服务管理（SS）；

SS用来处理与呼叫无关的附加服务。例如，登记呼叫转移功能或呼叫等待功能等，这些信息要传输到HLR。 移动性管理 —— MM子层

MM子层主要实现三个类型的过程：

1、 MS移动管理过程，例如通知网络MS当前的位置。主要有三种类型的位置登记过程（通常、周期性和IMSI附着与分离）；

2、 MM公共过程提供用户特征确认。主要有鉴权、TMSI再分配和MS识别（要求MS提高特定的识别参数，如IMSI和IMEI）；

3、 MM连接管理过程。用于对CM子层的不同实体提供连接管理业务。它给CM实体提供与其对等层进行信息交换的MM连接的可能性。CM实体请求MM连接建立与释放。一个RR连接可以支持几个MM连接。若当请求MM连接时无RR连接存在，则MM子层应请求RR子层建立RR连接。

图2－6显示了MM子层的所有消息：

253Registration messages:IMSI detach indicationLocation updating acceptLocation updating rejectLocation updating requestSecurity messages:Authentication rejectAuthentication requestAuthentication responseIdentity requestIdentity responseTMSI reallocation commandTMSI reallocation completeConnection management messages:CM service acceptCM service rejectCM service abortCM service requestCM reestablishment requestAbortMiscellaneous message:MM status

图2－6：MM子层消息

无线资源管理 —— RR子层

RR子层负责接收从第二层传上来的业务信息并且给MM子层提供服务。另外，RR子层还可以同第一层直接交换有关测量控制和信道管理的信息。

RR子层总的目的是建立、保持和释放MS与网络之间的专用连接。包括切换过程，小区选择和重选过程，接收（MS侧）或广播（网络侧）系统信息过程等。

建立RR连接可以通过MM子层请求触发，也可以被对等层RR实体触