第4章　GSM網絡的信令與協議

第4章GSM網絡的信令與協議

信令是通信系統中不同設備之間交換的信息，是控制通信設備動作的信號。在通信網中，信令由網絡的每一個節(jié)點來分析處理，由此，實現一系列的控制操作。

所謂接口，就是兩個相鄰實體之間的連接點，而協議是說明連接點上交換信息時需要遵守的規(guī)則。兩個實體要實現正常通信必須通過接口傳遞特定的信息流，這種信息流必須按照規(guī)定的語言傳遞，雙方才能相互了解。

因而，一種協議在傳遞過程中要經過若干個接口，而同一個接口也要用到多種協議。

本章主要對GSM網絡的信令與協議進行介紹，主要包括以下幾方面的內容： 信令系統；

GSM協議集； 無線接口信令協議；

Abis接口的分層結構；

A接口的分層結構。

A接口的分層結構4.5MAP與INAP4.6信令系統4.1GSM協議集4.2無線接口信令協議4.3Abis接口的分層結構4.4

4.1信令系統 信令在通信網中是個很重要的概念，簡單地說它是一種機制，通過這種機制，構成通信網的用戶終端以及各個業(yè)務節(jié)點可以互相交換各自的狀態(tài)信息和提出對其他設備的接續(xù)要求，從而使網絡作為一個整體運行。

所以，信令是用戶以及通信網中各個節(jié)點相互交換信息的共同語言，是整個通信網的神經系統，是通信網必不可少、非常重要的組成部分。

1．通信網絡的OSI七層模型 國際標準化組織（InternationalOrganizationforStandardization，ISO）提出的“開放系統互連參考模型”（OpenSystemInterconnection，OSI）把通信過程分成一系列具有功能特征并可以寫成操作標準的層。

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用層，如圖4-1所示。

圖4-1分層通信的OSI模型

圖4-2對等層通信的原語

圖4-3物理層SAP

2．No.7信令系統

No.7信令是國際化、標準化的通用公共信道信令系統，具有信道利用率高、信令傳送速度快、信令容量大的特點，它不但可以傳送傳統的中繼線路接續(xù)信令，還可以傳送各種與電路無關的管理、維護、信息查詢等消息，而且任何消息都可以在業(yè)務通信過程中傳輸。

可支持ISDN、移動通信、智能網等業(yè)務的需要，由于其信令網與通信網分離，便于運行維護和管理，可方便地擴充新的信令規(guī)范，適應未來信息技術和各種業(yè)務發(fā)展的需要，是通信網向綜合化、智能化發(fā)展的不可缺少的基礎支撐。

No.7信令系統遵循嚴格的等級關系，下一級為上一級服務，上一級不管其下層是怎樣進行信息傳遞的，也就是所謂的透明傳輸，即通信雙方的對等功能級一一對應，完成這一級別的信息傳輸和交換。

（1）消息傳遞部分（MTP），MTP的主要功能是在信令網中提供可靠的信令信息的傳送。

①信令數據鏈路級MTP1 ②信令鏈路級MTP2 ③信令網功能級MTP3

（2）用戶部分（UP）

圖4-4

No.7系統與OSI七層模型的對應關系

3．ISDN的信道結構與用戶接口協議

ISDN的信道結構如圖4-5所示，其中GSM系統用到的LAPD是D信道的鏈路層協議，其功能如下：

（1）在同一D信道上建立一個或多個數據連接，并使它們相互獨立地工作；

（2）以幀為單位傳送控制信息及用戶信息，能進行幀的分界和定位，即實現收發(fā)間的同步，并保證信息的透明傳送，保證接收的幀順序和發(fā)送的幀順序一致；

（3）能進行差錯控制和流量控制。 另外，LAPD提供兩種信息傳輸方式——非證實信息傳輸方式和證實信息輸方式。

圖4-5用戶網絡接口協議結構4.2

GSM協議集

4.2.1

GSM網絡中的協議

圖4-6

GSM網絡中的協議

4.2.2

GSM系統的接口 接口是指各組成單元之間的物理上和邏輯上的連接。NSS部分的B、C、D、E、F、G接口定義了相應功能單元之間的互連標準，各接口都采用了No.7信令系統，以便于實現國際漫游和通信網互連。

BSS和MS兩部分有A、Um、Abis接口等，其中A接口和Um接口具有統一和公開的標準，既便于設備制造和組網，也有利于各種ISDN業(yè)務的引入和功能發(fā)展，Abis接口是內部接口，目前還沒有統一和公開的標準，所以BSC和BTS配置不能實現多廠家設備互連。

1．Um接口

Um接口是空中無線接口，是移動臺（MS）和BTS之間的通信接口，用于移動臺與GSM系統的固定部分之間的互通。

2．Abis接口

Abis接口為BSS系統的兩個功能實體BSC與BTS之間的通信接口。

3．A接口

BSS部分與MSC之間的接口為A接口。

4．B接口

B接口為MSC與VLR之間的接口，它主要用于MSC向VLR詢問有關移動臺當前位置信息、通知VLR有關移動臺的位置更新信息等，或者用于補充業(yè)務的操作等。

5．C接口

C接口是MSC與HLR之間的接口。

6．D接口

HLR與VLR之間的接口稱為D接口，該接口主要用于交換位置信息和用戶信息。

7．E接口

MSC與MSC之間的接口稱為E接口，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MSC區(qū)域、為了通話的連續(xù)而進行的局間切換，以及兩個MSC間建立用戶呼叫接續(xù)時傳遞的有關信息。

8．F接口

MSC與EIR之間的接口為F接口，此接口在MSC檢驗移動臺IMEI的合法性時使用。F接口使用MAP信令。

9．G接口

G接口是VLR之間的接口，當移動用戶漫游到新VLR區(qū)域并以TMSI啟動位置更新時，VLR使用G接口向前一個VLR獲取該MS的IMSI和相應的鑒權信息。

10．NSS或BSS與OMC之間的接口 該接口是基于X.25的接口或No.7信令網的接口，執(zhí)行TMNQ3協議。4.3無線接口信令協議

圖4-7無線空中接口Um

圖4-8無線Um接口三層結構

1．物理層（L1） 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（例如無線鏈路），它為高層提供各種不同功能的邏輯信道，包括業(yè)務信道和控制信道。

2．鏈路層（L2） 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據鏈路，第二層的數據鏈路層協議基于ISDN的D信道鏈路接入協議（LAPD），因為在GSM規(guī)范中對它進行了修改，使它適合在無線路徑上傳播，因此在Um接口中的第二層協議被稱為LAPDm。

圖4-9

LAPD和LAPDm的幀結構

3．網絡層（L3） 第三層是具體負責控制和管理的協議層，即把客戶和系統控制過程的特定信息按一定的協議分組安排到指定的邏輯信道上。

（1）無線資源管理（RM）（2）移動性管理（MM）（3）接續(xù)管理（ConnectionManagement，CM）（4）呼叫控制（CC）（5）補充業(yè)務（SS）（6）短消息業(yè)務（SMS）4.4

Abis接口的分層結構

1．物理層

Abis接口的物理層是PCM傳輸，即物理連接通過標準的2.048Mbit/s或64kbit/s的PCM數字傳輸鏈路來實現。

2．鏈路層 在BSC和BTS的Abis接口的鏈路層上，以ISDN的D信道鏈路接入協議（LinkAccessProceduresforD-Channel，LAPD，見GSM08.56）傳送信息。

Abis接口支持下列消息：（1）在手機和網絡之間進行交換的高層消息，即信令消息；（2）網絡對BTS基站的維護管理消息；（3）BTS和BSC內部的管理消息。

圖4-10

SAPI接入點

3．網絡層

Abis接口的網絡層是通過基站管理層（BTSManagement，BTSM）和RR進行控制的。BTSM用于支持分配傳輸路徑和測量報告處理，其承載方式是LAPD信令協議。

圖4-11

Abis接口上的四層信令

（1）無線鏈路層管理（RadioLinkLayerManagement，RLM）（2）專用信道管理（DedicatedChannelManagement，DCM）

（3）公共信道管理（CommonChannelManagement，CCM）（4）無線收發(fā)器管理（TRXManagement，TRXM）4.5

A接口的分層結構

1．物理層（L1）

A接口的物理層是基于數字傳輸2.048Mbit/s的PCM鏈路，除有一定數目的話音/數據信道外還有傳送信令的時隙，有關呼叫、切換及釋放等信令數據通常都可使用此信道。

2．鏈路層（L2）

A接口的鏈路層基于No.7信令系統的MTP2。

3．網絡層（L3）

A接口的網絡層由MTP3和SCCP共同組成。

4．應用層

A接口在用戶部分上傳送的是基站子系統應用層BSSAP協議和Um3層信令。

圖4-12

BSSAP消息傳送過程

（1）基站子系統管理應用部分（BSSMAP）（2）直接傳送應用部分（DTAP）（3）CM、MM和RR層4.6

MAP與INAP

1．移動應用部分（MobileApplicationPart，MAP） 移動應用部分（MAP）是公用陸地移動網（PLMN）在網內和網間進行互連而特有的一個很重要的功能單元，它的功能是GSM各網絡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。

2．智能網應用部分（IntelligentNetworkApplicationPart，INAP） 移動智能網是在現有移動網上增加一些網絡功能單元，如業(yè)務控制點（ServiceControlPoint，SCP）、業(yè)務管理點（ServiceManagementPoint，SMP）、業(yè)務管理接入點（ServiceManagementAccessPoint，SMAP）、業(yè)務生成環(huán)境（ServiceCreateEnvironment，SCE）等。

將業(yè)務控制功能從傳統的交換功能中分離出來，使網絡能夠靈活方便地提供新業(yè)務，以適應用戶的需求。

小結（1）信令是通信系統中不同設備之間交換的信息，是控制通信設備動作的信號。接口代表兩個相鄰實體之間的連接點，協議說明連接點上交換信息時需要遵守的規(guī)則。

（2）No.7信令是國際化、標準化的公共信道信令系統，它按分層結構設計，但并沒有與國際標準化組織（InternationalOrganizationforStandardization，ISO）的“開放系統互連參考模型”（OpenSystemInterconnection，OSI）的七層一一對應。

它不但可以傳送傳統的中繼線路接續(xù)信令，還可以傳送各種與電路無關的管理、維護、信息查詢等消息，而且任何消息都可以在業(yè)務通信過程中傳輸。

（3）GSM系統的信令嚴格按照No.7信令系統分層結構設計，再加上GSM的專用協議構