GSM信令協(xié)議簡介

1、WGC3Tony Liu06/11/2009GSM 信令協(xié)議簡介 Content 1. 基本概念 2. GSM信令協(xié)議架構(gòu) 3. 信令協(xié)議簡介 4. 實例1. 基本概念信令 通訊設(shè)備之間任何實際應(yīng)用信息的傳送總是伴隨著一些控制信息的傳遞,它們按照既定的通訊協(xié)議工作,將應(yīng)用信息安全、可靠、高效地傳送到目的地。這些信息在計算機網(wǎng)絡(luò)中叫做協(xié)議控制信息,而在電信網(wǎng)中叫做信令(Signal)。 在通信系統(tǒng)中把協(xié)調(diào)不同實體所需要的信息稱為信令信息，也稱之為信令消息。通信協(xié)議 是指網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用進程之間相互通信所必須共同遵守的約定的集合。 包含以下三個基本要素： (1)語義(Semantics)：定義了用于協(xié)調(diào)

2、通信雙方和差錯處理的控制信 息，是對構(gòu)成協(xié)議的協(xié)議元素含義的解釋，即“講什么”。 (2)語法(Syntax)：規(guī)定了通信所用的數(shù)據(jù)格式、編碼與信號電平等；是 對所表達內(nèi)容的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)形式的一種規(guī)定，即“怎么講”。 (3)定時規(guī)則(Timing)：明確實現(xiàn)通信的順序、速率適配及排序。2. GSM信令協(xié)議架構(gòu)(1)Figure 1-1 interfaces in the GSM PLMN2. GSM信令協(xié)議架構(gòu)(2)Figure 1-2 GSM protocol architecture for signaling3. 信令協(xié)議簡介3.1 Physical Layer3.2 Data Link La

3、yer3.3 Network Layer3.4 信令成突發(fā)的過程 GSM 系統(tǒng)通過MSC 建立與公眾電信網(wǎng)的接口，其內(nèi)部各功能實體的互連也是由接口標志，并由相應(yīng)的接口協(xié)議予以定義的。協(xié)議是各功能實體之間的“語言”，接口表示相鄰實體之間的接觸點，協(xié)議通過接口傳遞有關(guān)信息，例如各種通信與管理功能信息。 GSM 的接口協(xié)議是統(tǒng)一且明確的。GSM 系統(tǒng)各接口采用的分層協(xié)議結(jié)構(gòu)是符合開發(fā)系統(tǒng)互連（OSI）參考模型的。 分層的目的目的是允許隔離各組信令協(xié)議功能，按連續(xù)的獨立層描述協(xié)議功能，優(yōu)點是任何一個功能塊的擴充或修改具有獨立性、靈活性，有利于新業(yè)務(wù)、新技術(shù)的引入和未來發(fā)展。3.1 Physical L

4、ayer(1) 無線Um接口，提供無線鏈路的傳輸通道，為高層提供不同功能的邏輯信道，包括業(yè)務(wù)信道和邏輯信道。 A 接口在BSS 與MSC之間主要傳遞呼叫處理、移動性管理、基站管理、移動臺管理等信息。采用公共信道信令NO.7（CSS7）的消息轉(zhuǎn)移部分（MTP）的第一級來實現(xiàn)，采用2Mbit/s的PCM數(shù)字鏈路作為傳輸鏈路，性能符合GB761187標準； Abis接口是GSM網(wǎng)絡(luò)的基站系統(tǒng)中，BSC(Base Station Controller，基站控制器)和BTS(Base Transceiver Station，基站收發(fā)信臺)之間的接口，用于BSC與BTS之間傳輸業(yè)務(wù)信息和信令信息。通常采用

5、2Mbit/sPCM鏈路，符合CCITTG.703和G.704要求。 3.2 Physical Layer(2) Um接口被定義為MS與BTS之間的通信接口，我們也可稱它為空中接口，在所有GSM系統(tǒng)接口中，Um接口是最重要的。首先，它實現(xiàn)了各種制造商的移動臺與不同運營者的網(wǎng)絡(luò)間的兼容性，從而實現(xiàn)了移動臺的漫游。其次，它的制定解決了蜂窩系統(tǒng)的頻譜效率，采用了一些抗干擾技術(shù)和降低干擾的措施。很明顯，Um接口實現(xiàn)了MS到GSM系統(tǒng)固定部分的物理連接，即無線鏈路，同時它負責(zé)傳遞了無線資源管理、移動性管理和接續(xù)管理等信息。 BTS 和MS 之間傳遞著大量的信息，根據(jù)傳送的信息種類的不同，我們將信道定義為

6、不同的邏輯信道。這些邏輯信道根據(jù)一定的規(guī)則映射到不同的物理信道進行傳輸。邏輯信道可分為兩類：業(yè)務(wù)信道（TCH）和控制信道（CCH） (1) 業(yè)務(wù)信道。 (2) 控制信道。 控制信道(CCH)用于傳送信令和同步信號。 它主要有三種： 廣播信道(BCH)、 公共控制信道(CCCH)和專用控制信道(DCCH)。 廣播信道(BCH)。 公用控制信道(CCCH)。 專用控制信道(DCCH)。3.2 Data Link Layer數(shù)據(jù)鏈路數(shù)據(jù)鏈路(data link)： 要在一根線路上傳送數(shù)據(jù)，除了要有一條物理線路外，還要有一些必要的規(guī)程來控制這些數(shù)據(jù)的傳輸。將實現(xiàn)這些規(guī)程的硬件和軟件加到鏈路上，就構(gòu)成了

7、數(shù)據(jù)鏈路。主要功能主要功能 通過數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議，在不太可靠的物理鏈路實現(xiàn)可靠的數(shù)據(jù)傳輸(物理鏈路：噪聲干擾，失真，不可靠)具體功能具體功能為網(wǎng)絡(luò)層提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)3.2 Data Link LayerInterface and Protocol Um接口接口LapDm協(xié)議協(xié)議(Link Acess Procedure on Dm channels)Dm信道鏈路接入?yún)f(xié)議。LAPDm 將L3 信息轉(zhuǎn)換成幀，并處理L1 來的應(yīng)答幀。Abis接口接口LapD 協(xié)議協(xié)議 其幀格式符合固定網(wǎng)ISDN 標準，將高層信息組裝成LAPD 幀經(jīng)D 通道傳輸，信令消息使用64kbit/s 速率傳輸。A接口接口MTP協(xié)

8、議協(xié)議分為MTP2和MTP3兩部分，MTP2集中了MTP中全部的鏈鏈路層協(xié)議路層協(xié)議，MTP3則包含了網(wǎng)絡(luò)層的部分協(xié)議3.2 Data Link LayerFrame（1） LapD及MTP2都使用的是HDLC的幀定義方式； flag：01111110 為了保證幀開始和結(jié)尾的唯一性，如果內(nèi)容中出現(xiàn)5個連續(xù)的1時，需要在發(fā)端自動插入一個0，同時在收端自動刪除這個0，恢復(fù)信息的原貌，引入flag的好處：幀的長度可變；不必指示實際長度。上一幀的結(jié)束標志同時也是下一幀的開始標志。 LapDm，利用無線接口的同步方式同步方式傳送定義幀的方式的信息。LapDm中不使用flag，而是使用物理層上已有的塊的概

9、念。長度等于一個物理層的塊的大小，23個字長，如果信息長度小于這個最大值，對空閑字節(jié)填上缺省值“00101011” 如果信息的長度大于幀長度限制時，就要把信息分組，分成幾幀，收端再重組。分組時，每幀加一個bit（加頭信息），1表示還有后續(xù)幀，0表示最后一幀。3.2 Data Link Layer誤碼檢測及糾錯（1）錯誤檢測目的 其一，最大似然的對幀中的錯誤進行捕捉，以便要求網(wǎng)絡(luò)使用重發(fā)機制覆蓋這個錯誤； 其二，監(jiān)視鏈路的質(zhì)量，當(dāng)誤碼率超過門限時，產(chǎn)生報警。檢測方法 HDLC每幀包括16bit的冗余，稱為幀校驗序列（FCS），用于誤碼檢測。 無線路徑無線路徑上由于物理層已經(jīng)提供了具有檢驗功能的傳

10、輸編碼方案，所以不需要額外的誤碼檢測方式。3.2 Data Link Layer誤碼檢測及糾錯（2）覆蓋誤幀方法 幀證實和重復(fù)功能。 三種協(xié)議都使用了類似HDLC的反向糾錯機制，有下列兩種模式同時存在： （1）非證實模式（Unacknowledged mode），無論收端收到與否，每幀只發(fā)一次；因為在系統(tǒng)中并不是所有的信令都要求同樣的級別，且側(cè)重面各不相同，例如MS向BSS報告的測試結(jié)果消息時，以非證實方式傳輸更加簡捷便利。 （2）證實模式（Acknowledged mode） ，以重復(fù)方式糾正錯誤幀。LapDm及LapD，證實是通過接收端發(fā)送發(fā)端下一幀的幀號來實現(xiàn)的。 LapD和LapDm中

11、引入窗口的概念，窗口的大小決定了有待證實的保持數(shù)量，需要足夠大，避免發(fā)端不必要的等待證實延時。窗口的尺寸決定有待證實的保持數(shù)量，這個尺寸要足夠大，以避免發(fā)端出現(xiàn)不必要的等待證實延時。其中LapD的窗口是可變的，在LapDm中固定為1，就是簡單的發(fā)送等待協(xié)議。LapD跟MTP中的循環(huán)次數(shù)為128，而LapDm是8,為了減少幀號所占字節(jié)數(shù)。MTP2中，收端把上一次的正確的幀號回傳到發(fā)端。3.2 Data Link Layer誤碼檢測及糾錯（3）同步同步 當(dāng)證實模式建立時，首先要建立兩端的計數(shù)同步，結(jié)束時還需要有一個釋放過程，釋放所占資源。 例如：在LapD和LapDm消息中使用SABM和UA消息對

12、建立兩端同步，使用DISC和UA消息對，釋放已建立的證實模式；非證實模式可以隨時發(fā)送。Set Asynchronous Balanced Mode 3.2 Data Link Layer復(fù)用 一個鏈路層可以處理同一信道的多個獨立的消息流，為了使收端區(qū)別這些混在一起的消息，必須加入一個地址段，這種設(shè)計源于ISDN的LapD協(xié)議中點到多點的通信應(yīng)用。雖然無線路徑是點到點的應(yīng)用，但是仍然保持這個機制。無線接口上同時存在兩種消息流，即信令跟短消息。在一條鏈路上使用標志SAPI（業(yè)務(wù)接入點標志）加以區(qū)別.GSM中定義SAPI是指不同的應(yīng)用協(xié)議。Um接口，LapDmLapDm中定義的SAPI0SAPI0對

13、應(yīng)信令應(yīng)用，對應(yīng)信令應(yīng)用，SAPI3SAPI3對應(yīng)短消息業(yè)務(wù)對應(yīng)短消息業(yè)務(wù)；Abis接口，LapDLapD中復(fù)用有兩個方面，其一是不同功能之間的區(qū)別功能之間的區(qū)別；其二是不同設(shè)備之間的區(qū)別設(shè)備之間的區(qū)別。A接口，MTP2MTP2上沒有鏈路級的復(fù)用上沒有鏈路級的復(fù)用。3.2 Data Link Layer流量控制 因為資源經(jīng)常是由幾個信息流共享的，并控制其總和不超過最大的容限。所以有必要防止阻塞，防止系統(tǒng)中由于一處過載而引起整個系統(tǒng)的崩潰。 使用類似HDLC協(xié)議中的流量控制，僅僅是延時證實消息的傳送，但這是很有限的，因為如果延時過長，發(fā)端就會不斷的重發(fā)，造成更加得到阻塞。另一個附加的方法就是使用

14、兩個指令實現(xiàn)”停發(fā)“控制，這個方法在LapDm及MTP2中使用。3.3 Network Layer 網(wǎng)絡(luò)層的基本概念就是編址，網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議就是把標記附加在每個消息上，用于區(qū)別不同的信息流。這個標志可以通過編址的方式對應(yīng)于某個源點，某個宿點，連接參考或路由參考?？梢酝ㄟ^這個標志為消息選擇路由，把消息送到下一個適當(dāng)?shù)穆范?，或者把它分配到適當(dāng)?shù)某绦蛏稀?GSM網(wǎng)絡(luò)層是信令功能層，執(zhí)行控制和管理協(xié)議，是收發(fā)信令信息的實體。信令層3 分成CC、MM 和RM 三個子層。3.3 Network Layer BSS（1） 無線接口無線接口（ Um 接口）上的鏈路標識，可以在MS上區(qū)別消息信令和短消息，但是為了判

15、斷消息的源點及宿點，即需要判斷屬于哪個應(yīng)用協(xié)議，因而需要一個網(wǎng)絡(luò)編址加以補充，這就是協(xié)議鑒別器PD的功能。 按照PD與應(yīng)用協(xié)議的關(guān)系，源點把PD插入消息，在MS到設(shè)備方向上，BSC利用PD判斷收到的信息是終點消息（RR）還是要傳向MSC的消息，MS和MSC根據(jù)收到的消息的PD標識把他們分配到正確的軟件模塊。 但是CC與SS的源點及宿點，都是MSMSC(HLR)，相同PD，使用事件區(qū)別，記為標識TI, Transaction Identifier ,由源點MS跟MSC插入，宿點宿點MS跟跟MSC可以根可以根據(jù)收到的的據(jù)收到的的PD和和TI把消息分配到正確的子集。把消息分配到正確的子集。RM(無線

16、資源管理)RM在公共信道上的信令過程有：尋呼、隨機接入、分配專用控制信道、系統(tǒng)信息廣播；RM 在專用控制信道上的信令過程有：信道分配和釋放、加密操作、定期測量無線鏈路性能、切換處理。MM(移動性管理)MM 提供下述控制：TMSI 重新分配、用戶鑒權(quán)、位置登記、IMSI 的附著分離、周期更新。 CC(呼叫控制管理)呼叫控制管理包括幾個獨立的協(xié)議實體，如CC、SMS（短消息業(yè)務(wù)）。CC 協(xié)議實體負責(zé)呼叫建立、呼叫釋放等交換控制，其它控制程序提供補充業(yè)務(wù)及SMS。3.3 Network Layer BSS（2） Abis接口接口信令鏈路上的消息，從功能上分兩類：一類用于BTS和BSC；另一類用于MS

17、與其它設(shè)備包括BSC。進一步看，我們還需要識別不同的MS，BSC可以通過對MS與無線信道之間的關(guān)系管理來區(qū)別每個MS，每個BTS又包括一個或幾個TRX，同時每個TRX又都對應(yīng)一個或幾個信令鏈路，所以又定義一個標識TEI，終端設(shè)備標識，用于Abis接口上區(qū)別TRX上信令鏈路。MS 在每一個TRX與BSC鏈路上還需要區(qū)別一般管理消息與專用無線信息消息，對于專用無線消息，我們還要分配他們到TRX管理的不同信道。為了達到這個目的，需要在Abis接口上加上鑒別（MD）單元以及一些附加數(shù)據(jù),以保證BSC能夠理解這個消息要做什么。 無線鏈路無線鏈路管理的MD指示這個消息來自或傳向MS，在Abis接口上還帶有

18、兩個連個參考數(shù)據(jù)，分別表示該MS所在的無線信道以及該無線信道上的某條鏈路。它體現(xiàn)了Abis接口支持多用戶通信時，對指定MS的描述。因此在各接口上需要有專門的協(xié)議鑒別器（PD）和報文鑒別器（MD）來區(qū)分信令信息和哪個應(yīng)用協(xié)議有關(guān) 。3.3 Network Layer BSS（3） A接口接口承載有BSC/MSC之間的消息，以及MS/MSC之間的消息類型，如CC或MM類消息。把BSC/MSC之間的消息集合稱為BSSMAP（BSS管理應(yīng)用部分），把MS/MSC之間的消息類型集合稱之為DTAP（直接傳送應(yīng)用部分）。除此之外BSSMAP還要區(qū)別面向MS和面向BSC連接這兩種消息。A接口上，引用虛電路概念

19、，每個連接的建立和釋放都是彼此獨立的，這就是CCS7信令系統(tǒng)中的SCCP（信令連接控制部分）。在SCCP上附加一個分配協(xié)議，完成BSSMAP與DTAP的區(qū)別。SCCP包含多條虛電路，支持同時建立多條連接。 BSSMAP和DTAP消息可以定義在同一個指定的無線連接上，但是其處理是完全不同的，必須區(qū)別對待。因此在SCCP上又加一個消息分配功能，也就是在應(yīng)用消息上加一個頭標志，用以指示這個消息是BSSMAP還是DTAP。對于DTAP消息，BSC是MS與MSC之間的傳輸節(jié)點，而對于BSSMAP，BSC是端點。 DTAP消息上還包括，一個指示其在無線接口商傳輸?shù)逆溌奉愋偷男畔⒎Q之為DLCI（數(shù)據(jù)鏈路連接

20、標識），同時DLCI也用于Abis接口上的鏈路標識對應(yīng)，主要功能就是區(qū)別短消息業(yè)務(wù)與其它業(yè)務(wù)。 MTP3包括幾方面的任務(wù)，其中之一就是管理CCS7信令網(wǎng)，包含業(yè)務(wù)量管理，信道管理和路由管理，建立消息在CSS7信令網(wǎng)中的實際路徑。MTP在A接口上僅支持相鄰實體BSC/MSC之間的傳送消息，他的網(wǎng)絡(luò)功能在此并無多大用處，但是MTP3還有部分本地功能，在接口上它所扮演的角色是支持建立多條物理鏈路用于傳送消息，這樣不但可以提供大容量，還能夠個提供一定的冗余度。當(dāng)繆條鏈路出現(xiàn)故障時，仍可以保證信令暢通，也可以通過MTP3的管理功能在幾條鏈路上實現(xiàn)負載分擔(dān)。 SCCP也定義了多種功能，在A接口上僅使用了其

21、中一小部分。SCCP定義了幾種業(yè)務(wù)類型，其中兩種：基本無連接模式（模式0），和面向連接模式（模式2）.前者用于那些不直接與某個MS相關(guān)的那些消息，如復(fù)位，過載指示等。后者用于建立相互獨立的連接，在A接口上區(qū)別不同的MS事件，這類SCCP連接僅僅在需要的時候才建立，他可以由BSC在位置更新或呼叫建立這類事件上觸發(fā)，也可由MSC在MS切換到一個新小區(qū)時觸發(fā)。事件結(jié)束后SCCP釋放連接。3.3 Network Layer NSS（1） MS與MSC之間還有一類接口，這就是端局MSC與中繼MSC之間的協(xié)議，當(dāng)呼叫切換發(fā)生在兩個分屬不同MSC的小區(qū)時，呼叫的入口局是不變的，也就是呼叫的計費固定在入口局M

22、SC，稱之為端局端局。 當(dāng)在這個特殊情況下的切換發(fā)生時，新小區(qū)的端局是另一個，它是新覆蓋小區(qū)內(nèi)所有的MS的計費點，稱之為中繼局中繼局。 該MS的所有上層消息還是要歸到端局，中繼局的作用僅僅是中間節(jié)點。從而多出了一個傳輸段，引進了MAP/E協(xié)議（移動應(yīng)用部分），用于MSC之間的切換，主要任務(wù)就是建立MS與端局MSC之間信令消息的切換。 在GSM 移動通信網(wǎng)絡(luò)里，網(wǎng)絡(luò)側(cè)的各設(shè)備之間的連接都具有單一的接口。比如MSC 和HLR、VLR 之間，以及MSC 與MSC 之間。網(wǎng)絡(luò)側(cè)各實體間均用CCS7 信令（即七號信令）支持相互間的信令交換。CCS7 信令方式的信令協(xié)議結(jié)構(gòu)如下圖所示。各協(xié)議相同的底層功能

23、層面是大家分享的，從最底層的物理傳輸層到第三層的MTP 都是相同的。MTP 以上的協(xié)議就與所涉及的功能實體相關(guān)了。在MSC 之間或者MSC 與其他外部設(shè)備之間，與呼叫有關(guān)的信令將使用ISUP，與呼叫無關(guān)的信令側(cè)組合在MAP 上。在兩個移動臺進行呼叫的過程中，主叫MSC 和被叫MSC 的信令就是ISUP 中規(guī)定的基本信令。3.3 Network Layer NSS（2） NSS中不同設(shè)備之間的消息傳輸方式是比較規(guī)范的，因為它在各個接口上都是采用CCS7信令標準；但是由于漫游功能的引入，消息需要在不同國家，不同運營者的操作，編址和路由規(guī)劃在這里顯得格外重要。 在CCS7信令系統(tǒng)中有兩層網(wǎng)絡(luò)概念，一

24、個是基于MTP3協(xié)議建立的國家網(wǎng)；另一個就是把全部的國家網(wǎng)互聯(lián)成一個統(tǒng)一的環(huán)球CSS7信令網(wǎng)，它的基礎(chǔ)是SCCP。MTP編址記為SPC(信令點編碼)，它僅僅用于國家網(wǎng)的范圍，SCCP消息的編址可以分為兩種情況，當(dāng)兩個端點在同一個國家網(wǎng)中不需要額外的編址，此時的SPC包含在SCCP中，當(dāng)兩個端點分屬不同的國家的時候，就必須使用環(huán)球標識，它可以是CCS7無關(guān)的一個數(shù)字，如PSTN號碼或IMSI。 當(dāng)環(huán)球標識用于SCCP編碼時，必須把它翻譯成MTP的實際路徑地址，也就是下圖所示的GA,GB和B點的SPC值。SPC標識不同類型的實體，如HLR,VLR,MSC或EIR。 國家網(wǎng)中一般總保證幾個節(jié)點屬于國

25、際網(wǎng)也就是出入口點，當(dāng)消息跨幾個外部網(wǎng)時，源點SCCP實體首先要重環(huán)球標識中選擇國家網(wǎng)中最合適的出入口節(jié)點；這個節(jié)點的SPC就是消息的MTP地址，出入口節(jié)點SCCP功能收到消息后，還要通過環(huán)球標識選擇通往目標網(wǎng)的一個或幾個國際節(jié)點，這些節(jié)點成為STP(信令轉(zhuǎn)接點)，GSM中，每個消息都需要包含一個SCCP地址，是典型的數(shù)據(jù)包網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。SCCP:Signaling Connection Control Part of SS7 3.4 信令成突發(fā)的過程（1） 在信令幀結(jié)構(gòu)的分析中，我們以呼叫控制層（CC層）產(chǎn)生的Set up 消息為例，說明了信令如何經(jīng)過信令L3、L2（數(shù)據(jù)鏈路層）、L1（物理層）

26、的處理由信令消息變?yōu)閿?shù)據(jù)鏈路層幀、再通過信道編碼、交織、最終成為物理層突發(fā)的過程。 Set up 消息是MS 側(cè)的CC 層產(chǎn)生的，對于消息的處理是由BS 側(cè)的CC 層完成的。 主要是介紹這個消息如何從CC 層通過MM 層、RR 層、數(shù)據(jù)鏈路層，最后再進行編碼交織成突發(fā)。先介紹CC 層產(chǎn)生的Set up 消息的內(nèi)容。Set up 消息共有14 個字節(jié)，每個字節(jié)為8 個比特。 第一個字節(jié)的低四位為CC 層的協(xié)議鑒別語PD（protocol discriminator），協(xié)議鑒別語的作用是區(qū)分此消息是屬于層3 的CC 層、MM 層還是RR 層。以便接收端將不同的消息交給不同的層去處理。第一字節(jié)的高四

27、位為處理識別碼TI（Transaction identifier），它的作用是區(qū)別給定PD 和給定SAP 下的多個雙向的消息流。 第二個字節(jié)是消息類型MD（Message type），接收端檢測這一字節(jié)就知道此消息的類型，根據(jù)事先雙方的約定，就可以知道緊接著消息內(nèi)容的具體含義。消息的第35 個字節(jié)是承載能力信息元素，承載能力信息元素的信息是MS 告訴網(wǎng)絡(luò)，本MS 所支持的基本服務(wù)，網(wǎng)絡(luò)根據(jù)這些信息去判斷能否向MS 提供這樣的服務(wù)，進而進行后面的通話。 第3 個字節(jié)是承載能力信息元素的標識，接收端檢測到這一字節(jié)，就知道緊跟著的信息是屬于承載能力信息元素的. 第4 個字節(jié)是承載能力信息元素內(nèi)容的長

28、度，這里取值為1，表示只有下面的一個字節(jié)屬于承載能力信息元素。 第5 個字節(jié)就是承載能力信息元素的內(nèi)容。第五字節(jié)的比特8 為1，表示這個字節(jié)是本信息元素的最后一個字節(jié)，如果緊接著還有，則此位就為0。因此，信息元素的最后一個字節(jié)的比特8 總是為1的。比特7、6 為01，表示MS 只支持全速率話音；比特5 為0，表示信息元素的字段定義符合GSM 規(guī)范；比特4 為0，表示傳輸模式為電路交換模式；比特3、2、1 為000 表示信息傳輸能力為話音。 第614 字節(jié)為被叫電話號碼信息元素。第6 字節(jié)為被叫電話號碼信息元素的標識。第7 字節(jié)為被叫電話號碼信息元素的長度。第8 字節(jié)比特8 默認為1，比特7、6

29、、5 為號碼類型，010 表示位國內(nèi)號碼。比特4、3、2、1 為編號計劃，0001 表示根據(jù)ISDN編號計劃進行編號。第914 字節(jié)為電話號碼的BCD 碼形式，09 的數(shù)字以4 位BCD 碼表示，目前的移動電話號碼為11 位，因此第14 字節(jié)的高4 位用0 填充。3.4 信令成突發(fā)的過程（2） MS 側(cè)CC 層產(chǎn)生的Set up 消息，這個消息在MS 側(cè)的MM 層和RR 層是不作處理的，直接透明傳送給L2 層數(shù)據(jù)鏈路層，GSM 空中接口的數(shù)據(jù)鏈路層采用的協(xié)議是LAPDm。以下介紹Setup 消息在到達數(shù)據(jù)鏈路層所做的處理，從而得到數(shù)據(jù)鏈路層幀的過程。 數(shù)據(jù)鏈路層幀的總長度為23 個字節(jié)，前三個

30、字節(jié)是數(shù)據(jù)鏈路層在層3 消息的基礎(chǔ)上添加的幀頭，接收端的數(shù)據(jù)鏈路層也只會處理這三個字節(jié)里的信息，而對后面的層3 消息，只是透明得傳給接收端的層3。 第一個字節(jié)是地址字段，其中包括一個重要的參數(shù)SAPI 業(yè)務(wù)接入點（占三個比特），它有兩種取值：000 和011，000表示本消息是呼叫控制信令、移動性管理信令或者無線資源管理信令。而011 表示本消息的內(nèi)容是短消息。備用取0；LPD 為鏈路層協(xié)議鑒別符，取值為00；C/R 表示該幀是命令還是響應(yīng)；EA 表示地址字段擴展比特，一般EA1 指地址字段只占一個字節(jié) 第二字節(jié)是控制字段，其中包括的參數(shù)有本消息的幀編號N(S)和下一個期望的從對端發(fā)來的幀編號

31、N(R)。通過這些編號，確保了通信雙方信令消息有序傳輸 第三個字節(jié)是消息長度字段，L 表示幀結(jié)構(gòu)中來自層3 消息的字節(jié)數(shù)。字節(jié)數(shù)用二進制表示，如10 表示為001010。數(shù)據(jù)鏈路層幀結(jié)構(gòu)的長度是固定的，23 個字節(jié)。如果層3 消息的長度小于20 字節(jié)，在消息的尾部就要增加填充比特00101011，使整個幀結(jié)構(gòu)的長度為23 字節(jié)。如果層3 消息的長度大于20，則需要將消息分塊后再進行傳輸。消息長度字段的M 位若為0，表示該幀為層3消息單元的最后一段或者表示本幀包括完整的層3 消息；若M 位為1，表示層3 消息未傳輸完，后續(xù)幀中繼續(xù)傳輸。EL 為字段擴展比特，一般EL 為1，表示消息長度字段只需要

32、一個字節(jié)。 數(shù)據(jù)鏈路層23 個字節(jié)的幀將送給層1，進行編碼交織和成突發(fā)。4.實例-開機入網(wǎng) 當(dāng)移動終端MS 開機或者從盲區(qū)進入覆蓋區(qū)時，手機將尋找PLMN（公共陸地移動網(wǎng)絡(luò)）允許的所有頻點，搜尋最強的BCCH 載頻，接收FCCH 信道信息，鎖定到一個正確載頻頻率上。 緊接著，MS 開始解碼SCH 信道上與同步有關(guān)的信息。這時，MS 也可以接收BCCH信道上有關(guān)小區(qū)信息的系統(tǒng)消息了。 MS 比較系統(tǒng)消息中所攜帶的本小區(qū)的LAI 和手機中所存儲的LAI。如果兩者相同，則觸發(fā)IMSI 附著過程。否則，則觸發(fā)正常位置更新。 IMSI 附著是一個由MM 層完成的特定程序。MM 層消息交互的建立是以RR

33、層連接建立為前提的。信令過程中，首先是MS 收到來自基站（BS）的系統(tǒng)消息，其中包含了基站廣播的本小區(qū)的LAI 號，由于這個LAI 號同MS 中先前存儲的LAI 號相同。即表示MS 上次關(guān)機時所處的位置區(qū)同現(xiàn)在開機時所處的位置區(qū)相同。從而MS 開始IMSI 附著的信令過程。首先，是MS 和BS 之間建立RR 連接的過程。（1）MS 在RACH 隨機接入信道上發(fā)送CHANNEL REQUEST 消息；（2）BS 收到CHANNEL REQUEST 消息后，在下行的AGCH 接入許可信道上發(fā)送IMMEDIATE ASSIGNMENT 消息，其中包括BS 給MS 分配的專用控制信道的物理信息。（3）

34、收到IMMEDIATE ASSIGNMENT 信息，MS 的調(diào)整到分配的專用信道上，發(fā)送SABM幀，其中包含的層3 消息為LOCATION UPDATING REQUEST，這個消息中包含的參數(shù)有：位置更新的類型（可以是正常位置更新、IMSI 附著或者周期性位置更新，則這里位置更新類型就是IMSI 附著）；MS 所在位置域的LAI；MS 的IMSI。（4）BS 收到包含有LOCATION UPDATING REQUEST 內(nèi)容的SABM 幀后，所做的操作： 向MS 回發(fā)SABM 的響應(yīng)UA 幀，UA 幀的內(nèi)容同SABM 中的內(nèi) 容完成相同，MS 收到內(nèi)容與SABM完全相同的UA幀后，則MS的數(shù)

35、據(jù)鏈路層進入證實傳遞模式 BS將LOCATIONUPDATING REQUEST 消息轉(zhuǎn)發(fā)給MSC/VLR。因為MM 層的程序執(zhí)行是由MSC/VLR 完成的。（5）MSC/VLR 收到LOCATION UPDATING REQUEST 消息，則要進行位置更新程序。則位置更新程序之前，要進行MM 層的一個公共程序，也就是鑒權(quán)程序，鑒權(quán)程序的目的是確認移動臺通過空中接口傳送的IMSI 是否為合法的簽約IMSI，即鑒別用戶SIM 卡的真實性，防止無權(quán)用戶接入網(wǎng)絡(luò)。在每次位置登記，呼叫（主呼與被呼）建立，或執(zhí)行某些補充業(yè)務(wù)的登記、刪除前均需要鑒權(quán)。鑒權(quán)的執(zhí)行過程如下：MSC/VLR 向MS 發(fā)送鑒權(quán)請

36、求消息AUTHENTICATION REQUEST。在MSC/VLR 中存儲了來自AUC 鑒權(quán)中心的用戶三參數(shù)組（RAND、SRES、Kc）。SRES 是由隨機數(shù)RAND 和密鑰Ki 通過A3 算法得到的符號響應(yīng)。MSC/VLR 通過鑒權(quán)請求消息將隨機數(shù)RAND 發(fā)送給MS。MS 的SIM 卡中也存儲有密鑰Ki 和A3 算法的程序。因此MS 收到RAND 后，讓隨機數(shù)RAND 和密鑰Ki 通過A3算法得到符號響應(yīng)SRES，并且將SRES通過鑒權(quán)響應(yīng)消息AUTHENTICATION RESPONSE發(fā)送給MSC/VLR。MSC/VLR 比較SRES 和SRES。若兩者相同，則表示MS 是合法的用

37、戶，鑒權(quán)成功；否則鑒權(quán)失敗，向MS 發(fā)送LOCATION UPDATING REJECT 消息。為了保證空中接口數(shù)據(jù)的安全性，網(wǎng)絡(luò)還可以在鑒權(quán)之后啟動加密程序。在加密模式下，空中接口上的數(shù)據(jù)首先都要進行加密，接收端進行相應(yīng)的解密，但這個過程并不是必須的。由網(wǎng)絡(luò)運營商設(shè)備所決定。鑒權(quán)過程完成之后，MSC/VLR 對LOCATION UPDATING REQUEST 消息進行處理。MSC/VLR 在其維護的參數(shù)列表中尋找同LOCATION UPDATING REQUEST 消息中包含的IMSI 相同的那行記錄，將其中“是否附著”這一項標識為“已附著”；并向MS 發(fā)送LOCATION UPDATIN

38、G ACCEPT 消息。（7）在LOCATION UPDATING ACCEPT 消息或者LOCATION UPDATING REJECT 消息發(fā)送完畢后，IMSI 附著過程完成，開始鏈路釋放的過程。MSC/VLR 向BS 發(fā)送CLEAR 消息，BS 收到CLEAR 消息，則向MS 發(fā)送CHANNEL RELEASE 消息。MS 收到CHANNELRELEASE 消息，則向BS 發(fā)送數(shù)據(jù)鏈路層LAPDm 的DISC 幀。BS 收到DISC 幀后，將釋放MSC 與BS 之間的鏈路；并向MS 回送對于DISC 幀響應(yīng)的UA 幀。MS 收到UA 幀后，則進入空閑狀態(tài)，釋放RR 連接。至此，整個IMS

39、I 附著過程完成。4.實例-主叫流程 移動用戶做主叫時的信令過程從MS 向BTS 請求信道開始，到主叫用戶TCH 指配完成為止。一般來說，主叫經(jīng)過幾個大的階段：接入階段，鑒權(quán)加密階段，TCH 指配階段，取被叫用戶路由信息階段。 接入階段主要包括：信道請求，信道激活，信道激活響應(yīng)，立即指配，業(yè)務(wù)請求等幾個步驟。經(jīng)過這個階段，手機和BTS（BSC）建立了暫時固定的關(guān)系。 鑒權(quán)加密階段主要包括：鑒權(quán)請求，鑒權(quán)響應(yīng)，加密模式命令，加密模式完成，呼叫建立等幾個步驟。經(jīng)過這個階段，主叫用戶的身份已經(jīng)得到了確認，網(wǎng)絡(luò)認為主叫用戶是一個合法用戶，允許繼續(xù)處理該呼叫。 取被叫用戶路由信息階段主要包括：向HLR

40、請求路由信息；HLR向VLR 請求漫游號碼；VLR 回送被叫用戶的漫游號碼；HLR 向MSC 回送被叫用戶的路由信息（MSRN）。MSC 收到路由信息后，對被叫用戶的路由信息進行分析，可以得到被叫用戶的局向。然后進行話路接續(xù)。下圖 是兩個移動臺建立通話并釋放的整個信令過程。下面我們只介紹移動臺主叫信令的流程。當(dāng)用戶輸入被叫號碼完畢按下發(fā)送按鈕后，MS 將進行一系列動作，首先MS 將在隨機接入信道（RACH）向BSS 發(fā)送信道請求消息CHANNEL REQUEST，以便申請一個專用信道（SDCCH），BSC 為其分配相應(yīng)的信道成功后，在接入允許信道(AGCH)中通過立即分配消息IMMEDIATE

41、 ASSIGNMENT 消息通知MS 為其分配的專用信道，隨后MS 將在為其分配的SDCCH 上發(fā)送一個層三消息CM 業(yè)務(wù)請求消息CM SERVICE REQUEST，在該消息中CM業(yè)務(wù)類型為移動發(fā)起呼叫，該消息被BSS 透明的傳送至MSC。MSC 收到CM 業(yè)務(wù)請求消息后，通過處理接入請求消息通知VLR 處理此次MS 的接入業(yè)務(wù)請求，收到業(yè)務(wù)接入請求后，VLR 將首先查看在數(shù)據(jù)庫中該MS 是否有鑒權(quán)三參組，如果有，將直接向MSC 下發(fā)鑒權(quán)命令，否則，向相應(yīng)的HLR/AUC 請求鑒權(quán)參數(shù)，從HLR/AUC 得到三參組，然后再向MSC 下發(fā)鑒權(quán)命令。MSC 收到VLR 發(fā)送的鑒權(quán)命令后，通過BS

42、S 向MS 下發(fā)鑒權(quán)請求AUTHENTICATION REQUEST，在該命令中含有鑒權(quán)參數(shù)，MS 收到鑒權(quán)請求后，利用SIM 卡中的IMSI 和鑒權(quán)算法，得出鑒權(quán)結(jié)果，通過鑒權(quán)響應(yīng)AUTHENTICATION RESPONSE 消息送達MSC，MSC 將鑒權(quán)結(jié)果回送VLR，由VLR 核對MS 上報的鑒權(quán)結(jié)果和從HLR 取得的鑒權(quán)參數(shù)中的結(jié)果，如果二者不一致，拒絕此次接入請求，此次呼叫失??；如果二者一致則鑒權(quán)通過，鑒權(quán)通過后若需要加密，VLR 將首先向MSC 下發(fā)加密命令，然后通知MSC 該MS此次接入請求已獲通過，MSC 通過BSS 通知MS 業(yè)務(wù)請求獲得通過，然后MSC 向MS 下發(fā)加密命令，該命令內(nèi)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 整個接入階段的工作。經(jīng)過接入階段和鑒權(quán)加密過程后，主叫用戶的合法身份已經(jīng)得到確認，已經(jīng)接入了網(wǎng)絡(luò)，為繼續(xù)進行呼叫，需要更為詳細的信息，此時MS 將發(fā)送一個SET UP 消息，在此消息中，攜帶有被叫號碼和主叫標識等更為詳細的信