第4章 GSM網(wǎng)絡(luò)信令與協(xié)議

1、第第4 4章章GSMGSM網(wǎng)絡(luò)的信令與協(xié)議網(wǎng)絡(luò)的信令與協(xié)議信令是通信系統(tǒng)中不同設(shè)備之間交換信令是通信系統(tǒng)中不同設(shè)備之間交換的信息，是控制通信設(shè)備動作的信號。在的信息，是控制通信設(shè)備動作的信號。在通信網(wǎng)中，信令由網(wǎng)絡(luò)的每一個節(jié)點來分通信網(wǎng)中，信令由網(wǎng)絡(luò)的每一個節(jié)點來分析處理，由此，實現(xiàn)一系列的控制操作。析處理，由此，實現(xiàn)一系列的控制操作。所謂接口，就是兩個相鄰實體之間的所謂接口，就是兩個相鄰實體之間的連接點，而協(xié)議是說明連接點上交換信息連接點，而協(xié)議是說明連接點上交換信息時需要遵守的規(guī)則。兩個實體要實現(xiàn)正常時需要遵守的規(guī)則。兩個實體要實現(xiàn)正常通信必須通過接口傳遞特定的信息流，這通信必須通過接口傳

2、遞特定的信息流，這種信息流必須按照規(guī)定的語言傳遞，雙方種信息流必須按照規(guī)定的語言傳遞，雙方才能相互了解。才能相互了解。因而，一種協(xié)議在傳遞過程中要經(jīng)過因而，一種協(xié)議在傳遞過程中要經(jīng)過若干個接口，而同一個接口也要用到多種若干個接口，而同一個接口也要用到多種協(xié)議。協(xié)議。本章主要對本章主要對GSM網(wǎng)絡(luò)的信令與協(xié)議進(jìn)網(wǎng)絡(luò)的信令與協(xié)議進(jìn)行介紹，主要包括以下幾方面的內(nèi)容：行介紹，主要包括以下幾方面的內(nèi)容： 信令系統(tǒng)；信令系統(tǒng)； GSM協(xié)議集；協(xié)議集； 無線接口信令協(xié)議；無線接口信令協(xié)議； Abis接口的分層結(jié)構(gòu)；接口的分層結(jié)構(gòu)； A接口的分層結(jié)構(gòu)。接口的分層結(jié)構(gòu)。A接口的分層結(jié)構(gòu)接口的分層結(jié)構(gòu)4.5MAP

3、與與INAP4.6信令系統(tǒng)信令系統(tǒng)4.1GSM協(xié)議集協(xié)議集4.2無線接口信令協(xié)議無線接口信令協(xié)議4.3Abis接口的分層結(jié)構(gòu)接口的分層結(jié)構(gòu)4.4信令在通信網(wǎng)中是個很重要的概念，信令在通信網(wǎng)中是個很重要的概念，簡單地說它是一種機(jī)制，通過這種機(jī)制，簡單地說它是一種機(jī)制，通過這種機(jī)制，構(gòu)成通信網(wǎng)的用戶終端以及各個業(yè)務(wù)節(jié)點構(gòu)成通信網(wǎng)的用戶終端以及各個業(yè)務(wù)節(jié)點可以互相交換各自的狀態(tài)信息和提出對其可以互相交換各自的狀態(tài)信息和提出對其他設(shè)備的接續(xù)要求，從而使網(wǎng)絡(luò)作為一個他設(shè)備的接續(xù)要求，從而使網(wǎng)絡(luò)作為一個整體運行。整體運行。所以，信令是用戶以及通信網(wǎng)中各個所以，信令是用戶以及通信網(wǎng)中各個節(jié)點相互交換信息的共

4、同語言，是整個通節(jié)點相互交換信息的共同語言，是整個通信網(wǎng)的神經(jīng)系統(tǒng)，是通信網(wǎng)必不可少、非信網(wǎng)的神經(jīng)系統(tǒng)，是通信網(wǎng)必不可少、非常重要的組成部分。常重要的組成部分。1通信網(wǎng)絡(luò)的通信網(wǎng)絡(luò)的OSI七層模型七層模型國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（International Organization for Standardization，ISO）提出的提出的“開放系統(tǒng)互連參考模型開放系統(tǒng)互連參考模型”（Open System Interconnection，OSI）把通信過）把通信過程分成一系列具有功能特征并可以寫成操程分成一系列具有功能特征并可以寫成操作標(biāo)準(zhǔn)的層。作標(biāo)準(zhǔn)的層。這些層的范圍從第一層可感知

5、的物理這些層的范圍從第一層可感知的物理層一直到最高第七層的應(yīng)用層，如圖層一直到最高第七層的應(yīng)用層，如圖4-1所所示。示。 圖圖4-1分層通信的分層通信的OSI模型模型圖圖4-2對等層通信的原語對等層通信的原語圖圖4-3物理層物理層SAP2No.7信令系統(tǒng)信令系統(tǒng)No.7信令是國際化、標(biāo)準(zhǔn)化的通用公信令是國際化、標(biāo)準(zhǔn)化的通用公共信道信令系統(tǒng)，具有信道利用率高、信共信道信令系統(tǒng)，具有信道利用率高、信令傳送速度快、信令容量大的特點，它不令傳送速度快、信令容量大的特點，它不但可以傳送傳統(tǒng)的中繼線路接續(xù)信令，還但可以傳送傳統(tǒng)的中繼線路接續(xù)信令，還可以傳送各種與電路無關(guān)的管理、維護(hù)、可以傳送各種與電路無關(guān)

6、的管理、維護(hù)、信息查詢等消息，而且任何消息都可以在信息查詢等消息，而且任何消息都可以在業(yè)務(wù)通信過程中傳輸。業(yè)務(wù)通信過程中傳輸。可支持可支持ISDN、移動通信、智能網(wǎng)等、移動通信、智能網(wǎng)等業(yè)務(wù)的需要，由于其信令網(wǎng)與通信網(wǎng)分離，業(yè)務(wù)的需要，由于其信令網(wǎng)與通信網(wǎng)分離，便于運行維護(hù)和管理，可方便地擴(kuò)充新的便于運行維護(hù)和管理，可方便地擴(kuò)充新的信令規(guī)范，適應(yīng)未來信息技術(shù)和各種業(yè)務(wù)信令規(guī)范，適應(yīng)未來信息技術(shù)和各種業(yè)務(wù)發(fā)展的需要，是通信網(wǎng)向綜合化、智能化發(fā)展的需要，是通信網(wǎng)向綜合化、智能化發(fā)展的不可缺少的基礎(chǔ)支撐。發(fā)展的不可缺少的基礎(chǔ)支撐。No.7信令系統(tǒng)遵循嚴(yán)格的等級關(guān)系，信令系統(tǒng)遵循嚴(yán)格的等級關(guān)系，下一級

7、為上一級服務(wù)，上一級不管其下層下一級為上一級服務(wù)，上一級不管其下層是怎樣進(jìn)行信息傳遞的，也就是所謂的透是怎樣進(jìn)行信息傳遞的，也就是所謂的透明傳輸，即通信雙方的對等功能級一一對明傳輸，即通信雙方的對等功能級一一對應(yīng)，完成這一級別的信息傳輸和交換。應(yīng)，完成這一級別的信息傳輸和交換。（1）消息傳遞部分（）消息傳遞部分（MTP），），MTP的主要功能是在信令網(wǎng)中提供可靠的的主要功能是在信令網(wǎng)中提供可靠的信令信息的傳送。信令信息的傳送。 信令數(shù)據(jù)鏈路級信令數(shù)據(jù)鏈路級MTP1 信令鏈路級信令鏈路級MTP2 信令網(wǎng)功能級信令網(wǎng)功能級MTP3 （2）用戶部分（）用戶部分（UP） 圖圖4-4No.7系統(tǒng)與系統(tǒng)與

8、OSI七層模型的對應(yīng)關(guān)系七層模型的對應(yīng)關(guān)系3ISDN的信道結(jié)構(gòu)與用戶接口的信道結(jié)構(gòu)與用戶接口協(xié)議協(xié)議ISDN的信道結(jié)構(gòu)如圖的信道結(jié)構(gòu)如圖4-5所示，其中所示，其中GSM系統(tǒng)用到的系統(tǒng)用到的LAPD是是D信道的鏈路層信道的鏈路層協(xié)議，其功能如下：協(xié)議，其功能如下：（1）在同一）在同一D信道上建立一個或多信道上建立一個或多個數(shù)據(jù)連接，并使它們相互獨立地工個數(shù)據(jù)連接，并使它們相互獨立地工作；作；（2）以幀為單位傳送控制信息及用）以幀為單位傳送控制信息及用戶信息，能進(jìn)行幀的分界和定位，即戶信息，能進(jìn)行幀的分界和定位，即實現(xiàn)收發(fā)間的同步，并保證信息的透實現(xiàn)收發(fā)間的同步，并保證信息的透明傳送，保證接收的幀

9、順序和發(fā)送的明傳送，保證接收的幀順序和發(fā)送的幀順序一致；幀順序一致；（3）能進(jìn)行差錯控制和流量控制。）能進(jìn)行差錯控制和流量控制。另外，另外，LAPD提供兩種信息傳輸方提供兩種信息傳輸方式式非證實信息傳輸方式和證實信息輸非證實信息傳輸方式和證實信息輸方式。方式。 圖圖4-5用戶網(wǎng)絡(luò)接口協(xié)議結(jié)構(gòu)用戶網(wǎng)絡(luò)接口協(xié)議結(jié)構(gòu)4.2.1GSM網(wǎng)絡(luò)中的協(xié)議網(wǎng)絡(luò)中的協(xié)議圖圖4-6GSM網(wǎng)絡(luò)中的協(xié)議網(wǎng)絡(luò)中的協(xié)議4.2.2GSM系統(tǒng)的接口系統(tǒng)的接口接口是指各組成單元之間的物理上和接口是指各組成單元之間的物理上和邏輯上的連接。邏輯上的連接。NSS部分的部分的B、C、D、E、F、G接口定義了相應(yīng)功能單元之間的互連接口定義

10、了相應(yīng)功能單元之間的互連標(biāo)準(zhǔn)，各接口都采用了標(biāo)準(zhǔn)，各接口都采用了No.7信令系統(tǒng)，以信令系統(tǒng)，以便于實現(xiàn)國際漫游和通信網(wǎng)互連。便于實現(xiàn)國際漫游和通信網(wǎng)互連。BSS和和MS兩部分有兩部分有A、Um、Abis接接口等，其中口等，其中A接口和接口和Um接口具有統(tǒng)一和公接口具有統(tǒng)一和公開的標(biāo)準(zhǔn)，既便于設(shè)備制造和組網(wǎng)，也有開的標(biāo)準(zhǔn)，既便于設(shè)備制造和組網(wǎng)，也有利于各種利于各種ISDN業(yè)務(wù)的引入和功能發(fā)展，業(yè)務(wù)的引入和功能發(fā)展，Abis接口是內(nèi)部接口，目前還沒有統(tǒng)一和接口是內(nèi)部接口，目前還沒有統(tǒng)一和公開的標(biāo)準(zhǔn)，所以公開的標(biāo)準(zhǔn)，所以BSC和和BTS配置不能實配置不能實現(xiàn)多廠家設(shè)備互連?，F(xiàn)多廠家設(shè)備互連。1Um

11、接口接口Um接口是空中無線接口，是移動臺接口是空中無線接口，是移動臺（MS）和）和BTS之間的通信接口，用于移動之間的通信接口，用于移動臺與臺與GSM系統(tǒng)的固定部分之間的互通。系統(tǒng)的固定部分之間的互通。 2Abis接口接口Abis接口為接口為BSS系統(tǒng)的兩個功能實體系統(tǒng)的兩個功能實體BSC與與BTS之間的通信接口。之間的通信接口。3A接口接口BSS部分與部分與MSC之間的接口為之間的接口為A接口。接口。 4B接口接口B接口為接口為MSC與與VLR之間的接口，它之間的接口，它主要用于主要用于MSC向向VLR詢問有關(guān)移動臺當(dāng)前詢問有關(guān)移動臺當(dāng)前位置信息、通知位置信息、通知VLR有關(guān)移動臺的位置更有

12、關(guān)移動臺的位置更新信息等，或者用于補(bǔ)充業(yè)務(wù)的操作等。新信息等，或者用于補(bǔ)充業(yè)務(wù)的操作等。 5C接口接口C接口是接口是MSC與與HLR之間的接口。之間的接口。 6D接口接口HLR與與VLR之間的接口稱為之間的接口稱為D接口，接口，該接口主要用于交換位置信息和用戶信息。該接口主要用于交換位置信息和用戶信息。 7E接口接口MSC與與MSC之間的接口稱為之間的接口稱為E接口，接口，此接口用于移動臺在呼叫期間從一個此接口用于移動臺在呼叫期間從一個MSC區(qū)域移動到另一個區(qū)域移動到另一個MSC區(qū)域、為了通話的區(qū)域、為了通話的連續(xù)而進(jìn)行的局間切換，以及兩個連續(xù)而進(jìn)行的局間切換，以及兩個MSC間間建立用戶呼叫接

13、續(xù)時傳遞的有關(guān)信息。建立用戶呼叫接續(xù)時傳遞的有關(guān)信息。8F接口接口MSC與與EIR之間的接口為之間的接口為F接口，此接口，此接口在接口在MSC檢驗移動臺檢驗移動臺IMEI的合法性時的合法性時使用。使用。F接口使用接口使用MAP信令。信令。9G接口接口G接口是接口是VLR之間的接口，當(dāng)移動用之間的接口，當(dāng)移動用戶漫游到新戶漫游到新VLR區(qū)域并以區(qū)域并以TMSI啟動位置啟動位置更新時，更新時，VLR使用使用G接口向前一個接口向前一個VLR獲獲取該取該MS的的IMSI和相應(yīng)的鑒權(quán)信息。和相應(yīng)的鑒權(quán)信息。10NSS或或BSS與與OMC之間的接之間的接口口該接口是基于該接口是基于X.25的接口或的接口或

14、No.7信令信令網(wǎng)的接口，執(zhí)行網(wǎng)的接口，執(zhí)行TMN Q3協(xié)議。協(xié)議。 圖圖4-7無線空中接口無線空中接口Um圖圖4-8無線無線Um接口三層結(jié)構(gòu)接口三層結(jié)構(gòu)1物理層（物理層（L1）這是無線接口的最底層，用來提供傳這是無線接口的最底層，用來提供傳送比特流所需的物理鏈路（例如無線鏈送比特流所需的物理鏈路（例如無線鏈路），它為高層提供各種不同功能的邏輯路），它為高層提供各種不同功能的邏輯信道，包括業(yè)務(wù)信道和控制信道。信道，包括業(yè)務(wù)信道和控制信道。2鏈路層（鏈路層（L2）本層的主要目的是在移動臺和基站之本層的主要目的是在移動臺和基站之間建立可靠的專用數(shù)據(jù)鏈路，第二層的數(shù)間建立可靠的專用數(shù)據(jù)鏈路，第二層的

15、數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議基于據(jù)鏈路層協(xié)議基于ISDN的的D信道鏈路接入信道鏈路接入?yún)f(xié)議（協(xié)議（LAPD），因為在），因為在GSM規(guī)范中對它規(guī)范中對它進(jìn)行了修改，使它適合在無線路徑上傳播，進(jìn)行了修改，使它適合在無線路徑上傳播，因此在因此在Um接口中的第二層協(xié)議被稱為接口中的第二層協(xié)議被稱為LAPDm。圖圖4-9LAPD和和LAPDm的幀結(jié)構(gòu)的幀結(jié)構(gòu)3網(wǎng)絡(luò)層（網(wǎng)絡(luò)層（L3）第三層是具體負(fù)責(zé)控制和管理的協(xié)議第三層是具體負(fù)責(zé)控制和管理的協(xié)議層，即把客戶和系統(tǒng)控制過程的特定信息層，即把客戶和系統(tǒng)控制過程的特定信息按一定的協(xié)議分組安排到指定的邏輯信道按一定的協(xié)議分組安排到指定的邏輯信道上。上。（1）無線資源管理（）

16、無線資源管理（RM） （2）移動性管理（）移動性管理（MM） （3）接續(xù)管理（）接續(xù)管理（Connection Management，CM） （4）呼叫控制（）呼叫控制（CC） （5）補(bǔ)充業(yè)務(wù)（）補(bǔ)充業(yè)務(wù)（SS） （6）短消息業(yè)務(wù)（）短消息業(yè)務(wù)（SMS） 1物理層物理層Abis接口的物理層是接口的物理層是PCM傳輸，即物傳輸，即物理連接通過標(biāo)準(zhǔn)的理連接通過標(biāo)準(zhǔn)的2.048Mbit/s或或64kbit/s的的PCM數(shù)字傳輸鏈路來實現(xiàn)。數(shù)字傳輸鏈路來實現(xiàn)。2鏈路層鏈路層在在BSC和和BTS的的Abis接口的鏈路層上，接口的鏈路層上，以以ISDN的的D信道鏈路接入?yún)f(xié)議（信道鏈路接入?yún)f(xié)議（Link A

17、ccess Procedures for D-Channel，LAPD，見見GSM08.56）傳送信息。）傳送信息。Abis接口支持下列消息：接口支持下列消息：（1）在手機(jī)和網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行交換的）在手機(jī)和網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行交換的高層消息，即信令消息；高層消息，即信令消息；（2）網(wǎng)絡(luò)對）網(wǎng)絡(luò)對BTS基站的維護(hù)管理消基站的維護(hù)管理消息；息；（3）BTS和和BSC內(nèi)部的管理消息。內(nèi)部的管理消息。圖圖4-10SAPI接入點接入點3網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層Abis接口的網(wǎng)絡(luò)層是通過基站管理層接口的網(wǎng)絡(luò)層是通過基站管理層（BTS Management，BTSM）和）和RR進(jìn)行進(jìn)行控制的?？刂频摹TSM用于支持分配傳輸路徑和

18、用于支持分配傳輸路徑和測量報告處理，其承載方式是測量報告處理，其承載方式是LAPD信令信令協(xié)議。協(xié)議。圖圖4-11Abis接口上的四層信令接口上的四層信令（1）無線鏈路層管理（）無線鏈路層管理（Radio Link Layer Management，RLM）（2）專用信道管理（）專用信道管理（Dedicated Channel Management，DCM）（3）公共信道管理（）公共信道管理（Common Channel Management，CCM）（4）無線收發(fā)器管理（）無線收發(fā)器管理（TRX Management，TRXM）1物理層（物理層（L1）A接口的物理層是基于數(shù)字傳輸接口的物理層

19、是基于數(shù)字傳輸2.048Mbit/s的的PCM鏈路，除有一定數(shù)目的鏈路，除有一定數(shù)目的話音話音/數(shù)據(jù)信道外還有傳送信令的時隙，有數(shù)據(jù)信道外還有傳送信令的時隙，有關(guān)呼叫、切換及釋放等信令數(shù)據(jù)通常都可關(guān)呼叫、切換及釋放等信令數(shù)據(jù)通常都可使用此信道。使用此信道。2鏈路層（鏈路層（L2）A接口的鏈路層基于接口的鏈路層基于No.7信令系統(tǒng)的信令系統(tǒng)的MTP2。3網(wǎng)絡(luò)層（網(wǎng)絡(luò)層（L3）A接口的網(wǎng)絡(luò)層由接口的網(wǎng)絡(luò)層由MTP3和和SCCP共同共同組成。組成。4應(yīng)用層應(yīng)用層A接口在用戶部分上傳送的是基站子接口在用戶部分上傳送的是基站子系統(tǒng)應(yīng)用層系統(tǒng)應(yīng)用層BSSAP協(xié)議和協(xié)議和Um 3層信令。層信令。圖圖4-12

20、BSSAP消息傳送過程消息傳送過程（1）基站子系統(tǒng)管理應(yīng)用部分）基站子系統(tǒng)管理應(yīng)用部分（BSSMAP）（2）直接傳送應(yīng)用部分（）直接傳送應(yīng)用部分（DTAP）（3）CM、MM和和RR層層1移動應(yīng)用部分（移動應(yīng)用部分（Mobile Application Part，MAP）移動應(yīng)用部分（移動應(yīng)用部分（MAP）是公用陸地移）是公用陸地移動網(wǎng)（動網(wǎng)（PLMN）在網(wǎng)內(nèi)和網(wǎng)間進(jìn)行互連而）在網(wǎng)內(nèi)和網(wǎng)間進(jìn)行互連而特有的一個很重要的功能單元，它的功能特有的一個很重要的功能單元，它的功能是是GSM各網(wǎng)絡(luò)實體之間為完成移動臺的自各網(wǎng)絡(luò)實體之間為完成移動臺的自動漫游功能而提供的一種信息交換方式。動漫游功能而提供的一種

21、信息交換方式。 2智能網(wǎng)應(yīng)用部分（智能網(wǎng)應(yīng)用部分（Intelligent Network Application Part，INAP）移動智能網(wǎng)是在現(xiàn)有移動網(wǎng)上增加一移動智能網(wǎng)是在現(xiàn)有移動網(wǎng)上增加一些網(wǎng)絡(luò)功能單元，如業(yè)務(wù)控制點（些網(wǎng)絡(luò)功能單元，如業(yè)務(wù)控制點（Service Control Point，SCP）、業(yè)務(wù)管理點）、業(yè)務(wù)管理點（Service Management Point，SMP）、業(yè)）、業(yè)務(wù)管理接入點（務(wù)管理接入點（Service Management Access Point，SMAP）、業(yè)務(wù)生成環(huán)境）、業(yè)務(wù)生成環(huán)境（Service Create Environment，SCE）等。）等。將業(yè)務(wù)控制功能從傳統(tǒng)的交換功能中將業(yè)務(wù)控制功能從傳統(tǒng)的交換功能中分離出來，使網(wǎng)絡(luò)能夠靈活方便地提供新分離出來，使網(wǎng)絡(luò)能夠靈活方便地提供新業(yè)務(wù)，以適應(yīng)用戶的需求。業(yè)務(wù)，以適應(yīng)用戶的需求。小結(jié)小結(jié) （1）信令是通信系統(tǒng)中不同設(shè)備之間）信令是通信系統(tǒng)中不同設(shè)備之間交換的信息，是控制通信設(shè)備動作的信號。交換的信息，是控制通信設(shè)備動作的信號。接口代表兩個相鄰實體之間的連接點，協(xié)接口代表兩個相鄰實體之間的連接點，協(xié)議說明連接點上交換信息時需要遵守的規(guī)議說明連接點上交換信息時需要遵守的規(guī)則。則。 （2）No.7信令是國際化、標(biāo)準(zhǔn)化的公信令是國際化、標(biāo)準(zhǔn)化的公共信道信令系統(tǒng)，它按分層結(jié)