GSM交换优化基础

/第三章GSM交换优化基础对于一个现代通信网,信令是它的神经系统。七号信令规范是现代通信网的关键技术之一,是通信网的神经中枢,在电话网、移动网、智能网等通信网中已成为不可缺少的一部分。七号信令网在移动通信中发挥的作用也越来越大,对七号信令网管理和维护的要求也越来越高。随着通信的发展,信令系统的功能会变得越来越强,其本身也会越来越重要。3.1No.7信令系统概述3.1.1概述为使GSM系统实现国际漫游功能,必须建立规范和统一的信令网络以传递与移动业务有关的数据和各种信令信息。因此GSM系统引入7号信令系统和信令网络,也就是说,GSM系统的公用陆地移动通信网的信令系统是以7号信令网路为基础。故在讨论GSM的7号信令系统时先对7号信令系统进行一下简单的介绍。No.7信令系统的功能级是参照OSI参考模型而划分的,是OSI参考模型的具体应用,首先应明确OSI参考模型。OSI开放系统互连基本参考模型是国际标准化组织（ISO）制定的标准化开放式计算机网络层次结构模型。“开放”一词表示能使任何两遵守参考模型和有关标准的系统进行互连。整个开系统环境由作为信息源和宿的端开放系统与若干中继开放系统通过物理媒体连接构成。OSI参考模型的主要特性是：它是一种将异构系统互连的分层结构,提供了控制互连系统交互规则的标准框架,定义抽象结构,并非具体实现的描述。对等层之间的通信,必须遵循相应层的协议。相邻层间的接口定义了原渠操作和低层向上层提供服务。所提供的公共服务是面向连接的或无线连接的数据通信服务。3.1.2No.7信令系统的定义、组成、分层模式1、定义：CCITTNo.7信令系统是一种国际标准化公共信道信令系统。7号信令的主要特点是将信令通路与话音通路分开,而将若干条电路的信令集中在各专用于传送信令的通道上传送。CCITTNo.7信令系统的主要特点是：·最适用于由存储程序控制交换局组成的数字通信网·可以满足目前和未来通信网交换信令信息和其他信息的要求·保证正确的信息传递顺序,无丢失和顺序颠倒·可用于国际网和国内网2、基本结构7号信令系统基本上由消息传递部分和用户（使用者）部分组成。其中：MTP是一个消息（信令）传递系统,为通信的用户之间提供可靠的消息传递。用户部分用以产生和接收消化各类信令消息。按业务类别,它们可分为以下几种：TUP：电话用户部分（用于PSTN网电话通信）DUP：数据用户部分（用于数据通信）ISUP：综合业务用户部分（用于ISDN网）MAP：移动电话用户部分（用于移动通信）每一部分均对应有各自的协议。所谓协议,它主要包含如下几个方面的内容：·消息类型和格式、编码·在各种情况下消息的收发顺序,即信令过程·收到消息后节点应采取的动作·与相邻层之间的层间原语参数一个采用分层结构的协议体系,由各个分层的协议组成协议消息格式必须统一,层间原语格式由开发厂商自行规定。3、分层模式7号信令的第一个版本早于1980年推出,主要用于电话网,只包含四层。随着通信新业务的出现,通信网结构的变革,以与计算机技术的互相渗透和融合,越来越多的应用要求在网络节点处理机之间传送大量的与电路无磁的数据和控制信息。这促使CCITT对7号信令体系结构和协议作出重要的增补和更新。CCITT于1988年提出了新的7号信令分层结构。它从不同的角度出发,最终和ISO达成共识,采用了七层结构。OMAPOMAPINAPMAPISUPTUPDUPTCAPISPSCCPMTP－3MTP－2MTP－1图7号信令系统的七层结构图3.1.3No.7信令的信令单元格式No.7信令采用数字编码的形式传递各种信令时,是通过信令消息的最小单元——信令单元传送的。按照信令单元的来源不同,可分为三种信令单元1、由用户产生的可变长的消息信令单元（MSU）,用于传递来自第四用户的信令消息或信令网管理消息。FCKSIFSIOLIFIBFSNBIBBSNF8168n,n>282617178→发送方向1－3组是指MTP中的三级2、来自第三级的链路状态信令单元（LSSU）用于链路启用或链路故障时,表示链路的状态。FCKSFLIFIBFSNBIBBSNF8168或22617178→发送方向3、来自第二级的插入信令单元（FISU）变称填充信令单元,用于链路空或链路拥塞时来填补位置。FCKLIFIBFSNBIBBSNF8162611178→发送方向组成信令单元的各部分含义如下：F：标志码,采用固定码型01111110,用于每个信令单元的开始或结尾,以识别起点。BSN：后向序号BIB：后向指示比特FSN：前向序号FIB：前向指示比特BSN、BIB、FSN、FIB用在基本差错校正法中,完成信令单元的顺序控制,证实重发功能。LI：长度指示码,指示LI和CK间的字节数,用于区分三种信令单元。MSU的LI＞2、LSSU的LI＝1或2,FISU的LI＝0CK：校验码SF：状态标志,标志本端链路的工作状态SIO：业务信息字段SIF：信令信息字段3.2GSM的七号信令系统3.2.1GSM信令系统的特点完备的信令系统是GSM标准的重要特色,其特点是：·统一接口定义,可适应多厂商环境。特别是统一的A接口,可以使运营公司选用不同厂商生产的移动交换机和基站设备组成系统。·信令系统严格分层,支持业务开放和系统互连。在网络侧,即MSC、HLR、VLR之间均采用和OSI7层结构一致的7号信令系统。在用户接入侧,即MSC和BS间与空中接口均采用和ISDN的用户—网络接口一致的三层结构。网络侧信令着眼于系统互连。由七号信令支持的统一的MAP信令使GSM系统可以容易地实现广域联网和国际漫游,灵活的智能网结构便于系统引入智能精力,实现快速增值。用户侧信令着眼于业务综合接入,便于未来各类ISDN 业务的引入向个人通信发展奠定基础。3.2.2应用于GSM系统的7号信令协议层结构主要讨论支持GSM的7号信令系统协议,下图为应用于GSM系统的7号信令协议层TUPISUPMAPBSSAPTCAPSCCPMTP

TUP：电话用户部分BSSAP：BSS应用部分MAP：移动应用部分ISUP：ISDN用户部分SCCP：信令连接控制部分MTP：消息传递部分TCAP：事务处理应用部分图GSM信令系统结构3.2.3GSM的7号信令系统各部分具体阐述1、MTP（messageTransferPart）消息传递部分No.7的消息传递部分是各种用户部分消息的公共运载系统,它的作用是提供一个可靠的消息传递系统,保证两个信令点对用户部分(UP)之间的信令消息的可靠传递,即不应发生丢失、错序和重复。MTP只负责消息的传递,不负责消息内容的检查和解释。MTP其实包括三级与DSI的1~3层基本对应层1、第一级：信令数据链路功能它定义了信令数据链路即传输媒体的物理,电气和功能我以与链路至节点的接入方法。2、第二级：信令链路功能,它定义了信令消息沿信令数据链路发送和接收的过程,其作腹保证信令消息比特流在相邻两个信令点之间点到点的可靠传送,确保信令链路是无差错的信道组成的双向通路包括以下8个子功能：定界：根据定界标志识别消息的首尾定位：判别信令链路是否出现位同步失步差错检测：利用CK字段检测信号单元比特流传送是否有错差错校正：通过重发机制获得正确的信号单元,借此实现差错校正初始定位：定义信令链路启用（故障后恢复使用）的控制过程信令链路差错率监视：监视信令链路质量一是初始定位差错率监视,计数绝对差错个数,二个信号单元差错率监视,计数差错的相对比率。流量控制：即拥塞控制,指的是当接收的消息过多不能与时处理时,应执行的信令过程处理机故障：定义出现这种情况时应执行的信令过程,状态指示“PO”3、第三级：信令网功能它定义关于信令网操作和管理的功能和信令过程,具体说来,包括两个部分：信令消息处理（SMH-signallingmessageHandling）功能其作用是根据消息中的目的地地址和其他有关字段对消息进行分配或转发,分配是将消息送往本节点相关的用户部分,转发指的是STP转接功能。信令网管理（SNM－signallingNetworkMaixgement）功能其作用是在信令网发生异常的情况下,根据予定数据和网络状态信息调整消息路由和信令网设备配置,以保证消息的正常传送。它们的作用是保证在任何情况下都能将消息可靠地、无差错地电源端送到目的端,它们只关心消息的传递,并不关心消息本身的内容。2、TUP电话用户部分TUP主要规定控制电话呼叫建立和释放的功能和过程,或者说TUP规定电话交换局间传送的信令消息内容,以决定各种将要送出的信令所处的状态,TUP除了可以提供用户的基本业务,还可提供一部分用户的补充业务。它定义了用于电话接续所需的各类局间信令。电话用户消息的内容是在消息信令单元（MSU）中的信令信息字段（SIF）传送。常用的电话信令消息有初始地址消息（IAM/IAI）、后续地址消息（SAM/SAO）、一般后向请求消息（GRO）和一般前向建立消息（GSM）、地址全消息（ACM）、后向建立不成功消息组（UBM,其中包括呼叫故障信号CFL等）、应答信号（应答计费ANC和应答免费ANN）、后向拆线信号（CBK）、前向拆线信号（CLF）、主叫挂机信号（CCL）、释放监护信号（RLG）、电路复原信号（RSC）、自动拥塞控制消息（ACC）。3、ISUP综合业务数字网用户部分它是在No.7信令方式的TUP基础上提出来的,它在ISDN中提供支持话音和非话音的基本承载业务以与各种补充业务所需的信令功能,ISUP也适用于电话网和电路数据网,模拟网和数模混合网使用。尤其它可以满足全球范围的国际全自动和半自动电话业务与电路交换数据业务的需要。ISUP不仅包括了TUP的全部信令功能,还具有满足ISDN基本业务和补充业务所需的信令功能。具体的特有功能有：对不同承载业务选择电路提供信令支持；对于基本的承载业务,ISUP的主要功能是为建立、监视和拆除发端交换机和终端交换机之间64KBIT/S的电路提供信令支持。由于ISDN的承载业务包括多种类型的信息传递（话音、不受限的数字信息等）,而不同的信息传送对传输电路的要求是不同的。必须根据终端用户对承载业务的要求来选择电路,在业务类型转换时还必须控制电路的转换。ISUP必须用信令来支持这些功能的实现。与用户-网络接口的D信道信令配合工作；由于ISDN用户对承载业务的要求是通过用户-网络接口的D信道信令（Q.931建议）送到网络的,因此ISUP必须和D信道信令配合工作。ISUP必须根据接收到的D信道信令消息,组装和发送ISUP消息,控制网络中的电路连接。同时将D信道信令中的部分内容透明地穿过网络,送到另一端的用户-网络接口,以完成用户到用户的信令传送。支持端到端信令；ISUP的一部分信令需要在网络中逐段链路传送,以便控制沿途各个交换机的接续动作。还有一部分信令可以跳过所有的转接交换机,直接在发端交换机和终端交换机之间传送,这部分信令叫做端到端信令。它支持在信令终点间直接传送信令信息的能力,向用户提供基本业务和补充业务。ISUP必须为补充业务的实现提供信令支持；ISUP信令消息在ISUP中所处理的信息全部以消息的形式接收和发送。ISUP的消息按功能可划分为以下几类：呼叫建立消息：包括了呼叫建立的请求、补充的呼叫建立信息的传递、呼叫建立过程中信息的传递、被叫用户的响应以与必要时传送线路导通测试结果等有关消息。通信中的消息：包括了呼叫的暂停、恢复、呼叫中的转换以与通信中话务员呼叫用的消息等呼叫释放消息：呼叫完成后用于释放呼叫的消息。线路监测消息：包括了为维护与测试而闭塞线路（暂时中止线路的使用）、出现故障时对电路初始化预置（强制释放）以与导通测试等测试时使用的监测消息。线路组监测消息：包括对线路组同时闭塞、初始化预置以与定时检测线路状态等消息。补充业务与其他消息：包括使用与补充业务的请求、许可与拒绝有关的消息；传送端到端的信令消息和用户-用户信令等消息。4、SCCP信令连接控制部分SCCP为MTP提供附加功能,以便通过No.7信令网,在交换局和专用中心（如大型数据库）之间建立无连接和面向连接的网路业务。对于No.7信令功能级来说,SCCP是第四级MTP的一个用户,而SCCP又和MTP结合构成网络业务部分（NSP）,完成OSI参考模型的1－3层的功能,也即MTP有用户TUP、DUP、ISOP和SCCP,SCCP自己也有用户为ISUP和TC,这样,NA信令网中具有SCCP部分的信令点（SP）可在任意信令点之间端到端地传递各种信令消息,而不具有SCCP部分的SP能在相邻SP点间以逐段转发方式传递信息。1、SCCP的基本功能：附加的寻址功能SCCP提供了附加的寻址信息：子系统号（SSN）以便在一个信令点内标识更多的用户。在SCCP中,用八位二进制数来定义子系统,最多可定义256个不同的子系统。地址翻译功能SCCP的地址是全局码（GT）、信令点编码（SPC）和子系统编码的组合。GT可以是采用各种编号计划来表示的地址,用户使用GT可以访问网络中任何用户,甚至越界访问。SCCP能将GT翻译为DPC+SSN和新的GT的组合,以便MTP能利用这个地址来传递信息。这种地址翻译功能可在每个节点提供,或在全网中分布或在一些特别的翻译中心提供。SCCP能提供无连接业务和面向连接的业务2、SCCP可提供以下两类业务：无连接业务无连接业务实际上分组交换中的数据报方式,即事先不建立连接就可传送信令消息,它是把应传送的数据信息作为独立的消息发送。每发一次数据,都需重选一次路由。面向连接业务用户在传递数据之前已在SCCP之间交换控制信息,达成一种协议,它包括数据传递路由,传送业务类别（2类或3类）以与可能传送数据的数量等。向连接业务实质上是分组交换中的虚电路方式,即在传送数据之前需要先建立逻辑连接,它分为暂对信令连接和永久信令连接,暂时信令连接指信令连接的建立需要由SCCP用户启动和控制类似于拨号电话接续,永久信令连接是本地或远地O&M功能可由节点的管理功能建立和释放它们为SCCP用户提供半永久连接类似租用电话线路。目前,智能网业务（INAP）,移动应用部分（MAP）和No.7信令的运行管理维护部分（OMHP）基本采用无连接SCCP,传送ISUP信令或需传送大量的数据信息时采用面向连接的SCCP。3、SCCP消息SCCP在收到用户发来的原语请求后,就根据原语参数将用户数据连同必要的控制和选路信息封装成SCCP消息,发往远端节点的对等SCCP实体。SCCP消息由MTP路由标记、消息类型码、长度固定的必备参数、长度可变的必备参数与可选参数组成。在消息信令单元（MSU）的SIF字段中传递。4、SCCP程序SCCP程序主要由SCCP路由控制、面向连接控制、无连接控制和SCCP管理四个功能块组成。SCCP路由控制功能接收来自MTP的消息或来自面向连接控制部分和无连接控制部分传来的内部消息后,对消息中的被叫用户地址进行鉴别、翻译与处理,完成选取路由的功能。无连接控制程序允许SCCP用户在没有建立信令连接的情况下,传递高达2K字节的用户数据。当传送的数据量小于256个字节时,使用UDT消息来传送,当数据量大于256个字节时,SCCP可以将用户数据分段,把用户数据分成较小的数据块,用多个XUDT消息传送,在接收端的SCCP将多个XUDT消息中的用户数据重装后再送给SCCP用户。如果由于某种原因,使UDT消息或XUDT消息不能传送给SCCP用户时,发现消息传送出错的SCCP节点,可以启动消息返回程序,用UDTS或XUDTS消息将消息回送到始发SCCP节点,并说明消息不能正确传送的原因。面向连接控制包括连接建立、数据传送和连接释放三个阶段。SCCP管理功能的作用是在信令点或信令点中的子系统发生故障或拥塞的情况下,通过重选路由或调节业务量来维持网络的功能。由信令点状态管理和子系统状态管理两个子功能组成。这两个功能块使用远端信令点和子系统的有关接入信息来修改路由信息并调整业务量。5、事务处理能力应用部分（TCAP-TransactionCapabilityApplicationPart）事务处理能力CTC用以提供节点之间传递信息的手段以与对相互独立的各种应用提供通用业务,它包括中间业务部分（ISP）和事务处理能力应用部分（TCAP）ISP目前还在研究中,TCAP目前的应用不涉与ISP部分,它是利用SCCP来管理在交换局之间,以与交换局与业务控制点之间转移运行维护信息和业务处理信息,即TCAP具有转移、管理事务处理的能力。OMAP、MAP等都利用TCAP来转移与应用有关的事务处理,如在运行管理中心和交换局之间收发运行管理数据以与对蜂窝移动电话设备的位置进行登记等,TCAP利用SCCP在交换局与各种处理中心之间提供各种业务处理所需信息转移的功能。当传送数据业务量较小而实时性很强的信息（例如对业务控制的询问）时宜采用无连接型,当信息的数据量很大但无实时性要求（如传递与业务量有关的统计数据和文件）时适合采用面向连接型,基于无连接型SCCP的TCAP,ISP不提供功能,TCAP直接与SCCP接口,基于面向连接型SCCP的TCAP,还在研究之中。总之,TCAP它的主要功能是对网络节点间的对话和操作请求进行管理和监视,为各种应用业务信令过程提供基础服务,它本身属于应用层协议,但和具体应用业务无关,是应用层的公共操作和结合部分。TC由两个子层组成－成分子层（CSL）,它用于处理成分,即传送远端操作与其响应的协议,数据单元（APDU）和任选的对话部分；－事务处理子层（TSL）。它处理两个用户之间包含成分与任选的对话部分的消息交换。3.3MAP移动应用部分MAPMAP是专门为满足GSM需求而设计的。支持GSM网络的CCITT7号信令系统具体地说就是7号信令系统的移动应用部分（MAP）它广泛用于GSM网络内节点之间的信息交换,进行必要的信号处理它是七号信令系统的用户部分,是应用层协议,用TCAP作为其与七与信令系统之间的功能接口,其主要功能是支持移动用户漫游,频道转接和网络的安全保密,实现全球联网,为些,需要在MSC、和HLR、VLR、EIR等网络数据库之间频繁地交换数据和指令。3.3.1MAP信令分层结构（系统采用标准的7号信令分层结构）图MAP信令分层结构SCCP和MTP第三级一起提供了完备的网络层功能,其特点是增设一种新的被叫地址类型,称之为全局名（GT—GLOBALTITLE）实际上就是各种电信业务的编号,这些编号可以对应为全网中的所有网络节点,根据它们发送消息就可实现全网范围的端到端传送。为实现MAP信息在GSM节点间传送,引入GT用于信令寻址,SCCP层通过分析被叫地址中的GT,可使信令终结到本节点或通过GT选路方式（GTRC）到达其他节点。增设一个标识终接点,用户类型的字段,称之为子系统号（SSN—SUB—SYSTEMNUMBER）不同的SSN分别代表不同的功能实体,SSN分配有8个比特,极大地扩展了用户种类,以适应不同的业务需要。即支持数据报传方式,又支持虚电路方式,对于过长的消息还具有发端分段,收端重装的功能,这样对于具有不同话务特性和传输时延要求的信令消息,可以选用不同的连接服务。由以上特点,可知MTP第三级与SCCP相结合的完备的网络层功能能最为有效地传送各类应用消息。MAP居于TCAP之上,与TCAP同属于应用层（第七层）。SCCP的用户直接就是应用层进程,不再经过中间的第4~6层。3.3.2移动应用部分（MAP）的消息MAP信令采用不分段的O类无连接服务,无连接服务的主要消息是单元数据（UDT—NWDATA）消息,该消息只能整体传送,不能拆卸分段传送,则MAP信令采用UDT消息传送信息。消息的基本格式如下：FCKSIFSIOLIFIBFSNBIBBSNF816N*882617178值得一提的是,对MAP消息的分析主要在于成分部分的分析。成分子层包含有MAP消息,是分析MAP信令的关键,该层对于MAP而言是透明的。3.3.3AE与ASE1、AE与ASE的概念AE（ApplicationEntity）称为应用实体,完成特定业务应用进程的OSI通信功能,负责通信信息的语义解释和匹配。ASE（ApplicationServiceElement）称为应用服务（业务）单元,负责某一项应用功能的通信控制。一个AE可由若干个ASE组成,显然,它们都与应用业务有关。2、MAP中的AE与ASE结构MAP被分为5个应用实体：SSN被分派指定给这些应用实体中的每一个。·NAP—MSCSSN8·MAP—VLRSSN7·MAP—HLRSSN6·MAP—EIRSSN9·MAP—AUCSSN10参看下图：MAP-MSCMSCMobileapplicationPartMSCMobileapplicationPartTCAPASE（common）SE3ASE2SE111SE3ASE2SE111成分（组元）子层MAPHLR成分（组元）子层MAPHLR事务处理子层MAPAVCMAPVLR事务处理子层MAPAVCMAPVLRSCCPSCCPMTPMTP图MAP中的AE与ASE结构这些应用业务单元支持各个应用实体之间的同层间通信,它们包含了一个或几个具有连接参数的操作。这些操作能联合完成一些确定应用业务。3.3.4MAP的使用移动应用部分（MAP）使用7号信令系统的事务处理能力（TC）所提供的服务在OSI分层参考模型中,MAP可认为是包括应用处理进程和与处理能力应用部分（TCAP）相接口的第七层中的部分进程,即通信功能。TC是网络层接口（即SCCP业务接口）以上直至应用层的协议结构,包括公共应用业务单位,但不包括使用这些单元的专用单位。TCAP是指包含在OSI第七层中的部分TC。TCAP由组元子层和事务处理子层构成,TCAP直接与信号连接控制部分（SCCP）相连接,下图给出了7号信令系统支持移动应用部分的设施。进程进程移动应用部分（MAP）ASE2ASEnTCAP组元子层事务处理子层SCCPMTP图支持MAP的模型组元子层提供用于协议数据单元的交换的应用服务这些单元调用任务（操作）并报告任务执行结果（或错误）以与该子层所检测出的任何非应用专用协议的错误,同时,还提供不同应用进程的错误的用户专用协议差错报告,这些服务可使用7C组元处理原语来访问。处理子层提供简单的联络服务,通过这些服务若干相关的数据单元可进行交换,处理终端可以是预定的（对用户不提供指示）。这些服务可通过组元子层子层使用TC对话处理原语来访问。作为TCAP的用户,MAP通信部分由用于每个应用实体的应用业务单元（ASE）构成。ASE包括进程调用的操作,错误和参数并使用组元子层发送至对等层实体中。下图则表示MAP中的ASE操作。VLAHLRASE1ASE2ASE3MAPASE1ASE2ASE3MAPASE4TCAPNSPASE1ASE2MAPASE3ASE4TCAPNSP物理连接图MAP中的ASE操作MAP进程由信号连接控制部分（SCCP）和消息传送部分（MTP）提供支持。MAP进程涉与到MSC、BSS、VLR、HLR、EIR、AC等PLMN功能单元实体以与它们相互间的接口。从SCCP的角度看,各功能实体构成网络节点。为了选择消息传送的路由这些节点都被赋予SCCP地址。在MAP进程中,根据情况对所要访问的节点进行寻址。在某些情况下（例如越区转接）,一个系统中一个MAP进程要和若干其他系统中的MAP进程相互作用,下图给出这种复杂情况的例子,这里,系统O中的MAP进程通过若干个ASE与其他系统进行通信。图涉与多个系统的MAP进程总之,使用MAP协议的任何系统都能与若干其他系统同时通信。3.3.5MSC/VLR和HLR中的MAP若要解释GSM中的MAP了解HLR和MSC/VLR中的MAP的内容是必不可少的环节,参看下图：MAPTCMLVAPMLCAPMRNAPMFDADHMAPTCHLVAPHLCAPHRDTAPHSDADMAPTC—入局处理协调器：用以分配入局的MAP消息到相应的接收功能块。MLVAP—位置更新MAP：用以处理至HLR的位置更新。MLAP——位置删除MAP：用以控制位置删除的操作过程。MRNAP—漫游号码提供MAP：用以控制向HLR提供漫游号码MSRN。MFDAD—获取用户数据MAP：用来从HLR取用户数据。HLVAP—归属位置更新MAP：负责从MSC/VLR中接收位置更新消息,HLVAP确保在数据库实体的HSD块中更新用户的位置,它也启动将类别、补充业务等信息送回位置更新折MSC/VLR的功能还保证删除在前一个MSC/VLR中的用户数据。HLCAP—归属位置删除MAP：负责发送删除消息给目前为用户服务的MSC/VLR。HRTGMAP—归属漫游路由确定GTMSCMAP：接收来自GMSCMAP的路由查询消息。GMS需要路由信息以便把入局呼叫选路到目前为被叫移动用户服务的MSC,HRTGMAP再启动请求漫游号码程序,该漫游号码由与上述MSC有关的VLR提供。HSDAP—归属用户数据提供MAP：接收目前路由MSC/VLR服务的移动用户所激活的C号码和业务类型,HSDAP负责将该信息存储在用户数据中。HMAPTC—归属MAP入局处理协调器,负责所有的入局消息,以确保每种消息类型由MAP中合适的功能块来处理。由图可知,一个节点的MAP功能片可以与其它节点的MAP功能片通信,每个功能片能与它的包括在同一功能体中的合作单功能片通信。在MSC/VLR中的MLVAP软件功能片能与HLR中的合作单元HLVAP关于位置更新进行通信,MLCAP软件功能片也可以与HLCAP关于位置删除进行通信。在上图中,MAPTC与HLMAPTC功能片对于进来的消息和为缓冲器使用,它们分析这结消息工判断指导这些消息达到的正确接收者,MAP协议允许这些功能片与CCITT的七号信令系统通信联络。3.3.6MAP定义的信令过程介绍MAP共定义了10个信令过程1、位置登记和删除位置登记和删除是支持移动用户实现自动漫游的信令过程。位置登记和删除是支持移动用户通过控制信道向移动交换机报告其当前位置。如果移动台从一个移动交换中心MSC/VLR管辖的区域进入另一个MSC/VLR管辖的区域,就要向归属位置登记器（HLR）报告,使HLR能随时登记移动用户的当前位置,从而实现漫游用户的自动接续。位置登记过程涉与到MSC与VLR的B接口与VLR与HLR之间的D接口,由于MSC与VLR一般处于一个物理实体中,MSC与VLR之间的接口就成为设备之间的内部接口。所以下面我们主要讨论MSC/VLR之间的位置登记和删除过程。（1）仅涉与VLR与HLR的位置登记和删除过程在位置更新过程中,如果移动用户（MS）用其识别码（IMSI）来标识自身时,其位置更新过程只涉与用户新进入区域的MSC/VLR与用户注册所在地的HLR。其信令过程见下图：图位置更新当MS进入由MSC/VLR-A控制的区域并用其识别码（IMSI）来标识自己时,MSC/VLR-A能从IMSI中识别出MS注册的HLR,并可将其转换为该HLR的ISDN号码MSISDN,用MSISDN作为全局码GT对HLR寻址。在位置更新过程执行前,执行鉴权过程,MSC/VLR-A发送鉴权请求消息（sendauthenticationinfo.）要求得到该用户的鉴权参数,HLR用鉴权响应消息（authenticationinfo.）将鉴权参数回送给MSC/VLR-A.当鉴权通过后,MSC/VLR-A向HLR发送位置更新区消息（updatelocation）,收到位置更新区消息后,HLR将MS的当前位置记录在数据库中,同时用插入用户数据消息（insertsub.data）将MS的相关用户数据发送给MSC/VLR-A。当收到用户数据确认消息（sub.dataACK.）后,HLR回送接受位置更新消息（updatelocationACK.）,位置更新过程结束。HLR在完成位置更新后确定该用户已进入由MSC/VLR-A管辖的区域,就向访用户先前所在的MSC/VLR-B发送删除位置消息（cancellocation）,要求MSC/VLR-B删除该用户的用户数据,MSC/VLR-B完成删除后,发送位置删除确认消息（cancellocationACK.）给HLR。（2）涉与到前一个VLR的位置更新当MS从MSC/VLR-A管辖的区域进入MSC/VLR-B管辖的区域,在位置登记时用MSC/VLR-A分配给它的临时号码（TMSI）来标识自己时,位置更新/删除过程见下图：图位置更新由于在位置登记请求中用其在前一个VLR（MSC/VLR-A）中分配的TMSI来标识自己,MSC/VLR-B向MSC/VLR-A发送识别请求消息（sendidentification）,要求得到该用户的IMSI与鉴权参数组,MSC/VLR-A用识别响应消息（sendidentificationACK.）将MS的IMSI与鉴权参数组选送给MSC/VLR-B。MSC/VLR-B鉴权成功后,就给HLR发送位置登记请求消息。其后的信令过程与图（1）所示完全一样。2、呼叫建立期间用户参数的检索·直接信息检索：MSC由VLR直接获得所需参数。·间接信息检索：VLR还需向HLR获取部分或全部用户参数。·路由信息检索：PSTN用户呼叫MS时,网点MSC（GMSC）向HLR请示漫游号。经过位置更新过程后,管辖MS当前所在区域的VLR中已存放了该用户主要的用户数据,MS注册的HLR中也已存放了该用户的位置信息。当MS始发呼叫或终结呼叫时,MSC都可得用本信令过程从VLR或HLR中获得呼叫所需的有关信息,主要包括以下三种情况：MS呼叫时,主叫MS所在地的MSC可由VLR中获取该主叫MS的用户参数,在必要时VLR还可向MS注册的HLR发出请求,以获得部分或全部用户参数；MS终结呼叫时,被叫MS当前所在区域的MSC可从VLR或HLR中获得该被叫MS的用户数据；当PSTN用户（或移动用户）呼叫MS时,作为入口网关局的GMSC需询问HLR,以获得被叫MS的路由信息。在呼叫建立期间获得被叫MS路由信息过程如下图：图呼叫建立期间获得被叫MS路由信息过程当固定用户呼叫移动用户时,主叫用户拨“0139H1H2H3ABCD”,PSTN通过长途局接入MSC-A,该MSC即作为GMSC,通过分析被叫MS的MSISDN号码,GMSC能确定被叫SM注册的HLR-A,就向HLR-A发送“发路由信息消息（sendroutinginfo.）”。HLR-A检查被叫MS的位置信息,知道被叫MS当前正处于由MSC/VLR-B管辖的区域,就向VLR-B发送“提供漫游号码”消息（provideroamingnumbet）,要求为该被叫MS分配一个漫游号码MSRN。VLR-B收到此消息后,临时为该被叫MS分配一个漫游号码MSRN。VLR-B收到消息后,临时为被叫MS分配一个漫游号码,并建立这个漫游号码与该用户的对应关系。然后发送“漫游号码确认”消息（roamingnumberACK.）,将分配的漫游号码送给HLR-A。HLR-A收到漫游号码后,给GMSC发送“路由信息确认”消息（sendroutinginfl.ACK.）,将漫游号码送给GMSC。GMSC收到漫游号码后,即可利用此漫游号码完成至被叫MS的接续。3、补充业务的处理当移动用户MS通过无线接口登记/撤销、激活/去活有关的补充业务时,用户当前所在区域的MSC/VLR通过此信令过程将有关用户登记/撤销、激活/去活有关补充业务的要求报告HLR,在获得HLR的确认后将证实信息通知移动用户。下图示出了相关信令过程：图补充业务设移动用户发送以下命令“**21*DN*BS#”激活呼叫无条件前转业务。MSC/VLR-B收到此请求后,向HLR-A发送登记补充业务消息（registerSS）,HLR-A确认此操作,在修改该用户的用户数据后回送补充业务确认消息（registerSSACK）给VLR-B,同时HLR-A给VLR-B发送插入用户数据消息（insertsub.data）,对VLR-B中的用户数据进行更新,VLR-B用用户数据确认消息作为对收到此消息的应答。4、频道切换（转换）用以支持基本频道转接和后续频道控制转接,为此定义了请求测量结果,MSC—A转接至MSC—B、MSC—B转回MSC—A、MSC—A后续转接至MSC—B和获取转接号等信令过程。在这些信令过程中,MSC—A始终是呼叫控制的主控局,并已考虑转接的局间中继话路的优化。当移动用户在通话过程中从一个小区移动到另一个小区且这两个小区分别由两个MSC/VLR控制时,这两个MSC/VLR之间要交换有关的信令,以便使移动用户能够使用其新进入的小区分配的话音信道进行通话。有关频道切换时的信令过程下图：图切换设移动用户在通话过程中从MSC/VLR-A控制的区域进入MSC/VLR-B控制的区域,MSC/VLR-A向MSC/VLR-B发送进行切换（preparehandover）消息。MSC/VLR收到切换请求消息后,就为该呼叫分配并保留一个空闲的无线信道,同时为该次转换分配一个频道转换号码,该号码的作用类似漫游号码,用于建立MSC-A至MAC-B的中继话路。MSC/VLR-B用无线信道确认消息（preparehandoverACK）将分配的频道转换号码与已分配的无线信道号送给MSC/VLR-A。MSC/VLR-A收到此消息后,通过TUP消息建立话路连接,在IAI消息中的被叫号码字段中包括的就是频道转换号码。当MSC-B接受到从移动台发出的呼叫处理请求时,就用处理接入信息消息（processaccesssignal）将该呼叫处理请求透明地传送给MSC-A。当话路连接成功后,MSC-A,MSC-B分别在原信道和新分配信道上向移动用户发出切换指示。当MSC-B收到移动用户环回的证实信号后,即向MSC-A发送“发结束信号”（sendendsignal）,表示频道切换已经成功。当主叫用户先挂机时,MSC-A发送前向拆线消息CLF(TUP),MSC-B发送释放监护消息RLG(TUP)将话路释放。MSC-A向MSC-B发送“结束信号响应”消息（sendendsignalACK.）,通知此频道切换过程已结束。5、用户管理用户管理主要包括用户数据检索和VLR中用户数据更新两部分。图用户管理（1）用户数据的检索用户参数栓索主要饫IMSI请求程序以与MS清除程序。=1\*GB3①IMSI请求程序VLR通过程序向HLR请求与一个MSISDN相对应的IMSI号码,其信令过程如上图：=2\*GB3②MS清除程序VLR可通过此程序向HLR发出请求,要求对已在VLR中进行位置登记的用户进行清除。其信令程序如上图。（2）VLR中用户数据的更新当HLR中的用户数据发生变化时,HLR可通过信令程序要求VLR清除该用户或插入或删除该用户的数据。其信令过程见上图6、操作与维护当HLR或VLR由于故障丢失了部分用户数据,在重新启动后,可利用操作与维护的有关信令过程向VLR/HLR要求有关信息。该部分包括HLR从故障中恢复和VLR从故障中恢复两部分。（1）HLR从故障中恢复当HLR从故障中恢复后,向相关VLR发送复位消息（reset）,VLR收到reset消息后,发送位置更新请求消息,将有关移动用户的位置信息送给HLR,HLR向VLR传送相关用户的用户数据,其信令过程见下图。图HLR故障恢复（2）VLR从故障中恢复当VLR由于故障丢失有关用户数据时,其恢复过程可分为以下两种情况：=1\*GB3①VLR恢复,移动用户作为主叫试呼由于VLR在故障中丢失了有关的用户数据,当该用户要求呼叫时,VLR向HLR发出消息,要求发送此用户鉴权信息。当鉴权完成后,VLR自动进行位置登记,HLR向VLR发送相关的用户数据。其信令过程见下图：图VLR故障恢复=2\*GB3②VLR恢复,MS作为被叫当MS作为被叫时,HLR-A向VLR-B要求为该用户分配漫游号码,VLR-B若发现丢失该用户的数据,就向HLR发出请求,要求得到该用户的鉴权数据与相关用户数据。其信令过程如下：图VLR恢复7、支持短消息业务的信令过程8、IMEI的管理：定义MSC向EIR查询移动台设备合法性的信令过程。9、用户认证：包括4个信令过程·基本认证过程：处理其他事务（如呼叫建立、位置登记、补充业务操作等）时进行的正常认证。·VLR向HLR请求用户认证参数（数据组）：当VLR保存的预先算好的用户认证数据组数据低于门限值时,执行此过程。·向原先VLR请求用户认证参数：此过程在向原VLR索取IMSI时一并完成。·频道转接时的认证：为了确保安全,规定频道转接完成后需进行用户认证。认证仍由MSC—A发起,认证结果仍由VLR—A审核,但需由MSC—A通知MSC—B向MS索取认证计算结果。10、网络安全功能的管理：主要是加密密钥匙,TMSI等传送。关于GSM网络通信中重要的具体信令过程将在后面章节详细阐述,在此仅以基本频道转接为例,说明MAP信令如何和用户侧信令与局间TUP信令配合完成转接任务的目的。下力示出各接口的信令消息顺序发送过程。3.4基站应用部分BSSAPBSSAP是专门用于MSC和基站系统（BSS）之间（A接口）的信令协议,在MSC与BSC之间连接是通过PCM链路进行的,它除一定数目的话音/数据信道外,还有传送信令的时隙。有关呼叫建立,功换与释放等的信令数据通常使用此信令信道。一个信令信道可服务多个基站收发信台（RBS）BSSAP协议专门为A接口开发,它不仅支持MSC与BSS之间的消息,还支持MSC与MS之间的信息和移动性管理MM协议消息。3.4.1BSSAP与BSSMAP概念区分BSSAP是基站应用部分,BSSMAP为基站操作维护应用部分,用于和MSC、网络维护中心OMC交换维护管理信息。BSSMAP的消息通过A接口传输时必须使用SCCP消息,对MSC和OMC的寻址和路由选择由SCCP提供支持。BSSAP和BSSMAP消息同属于A接口第三层所传送的消息。对于呼叫控制和移动管理的消息的传输而言,BSS仅起传输中继的作用,消息不在BSS内翻译,因而BSSAP和BSSMAP规范仅涉与此类消息的首部。这是由于首部中含有接口在错误情况下的处理以与正确选路所需要的信息。BSSAP和BSSMAP依靠MTP和SCCP的支持,以实现MSC和BSS之间的对等层通信。BSSAP和BSSMAP之间由SCCP的寻址功能通过子系统号来区别。3.4.2BSSAP的组成BSSAP又分为两个模块,也即是它的两个用户功能直接传送应用部分（DTAP）基站管理应用部分（BSSMAP）这两个不同的用户功能对应下面两个不同的BSSAP处理的信令MSC与MS间通过BSC透明传输的直接传输消息。这是有关呼叫控制和移动性管理的消息MSC与BSC/RBS间的BSS管理消息。这些消息用于资源管理、切换控制等1、DTAP（直接传送应用部分）DTAP用于透明传送MSC和MS间的消息。这些消息主要是呼叫控制（CC）和移动性管理（MM）协议消息。BSS收到MS发来的消息,通过“协议鉴别语”（PD）即可判定是否是透明消息,（无线资源管理）RR协议消息终结于BSS,不再发往MSC,但是MSC是MS发来的第一个第三层消息的处理有所不同,即使它是透明消息,BSS也要将其读出,提取MS的等级标志字段（主要是移动台的功率级别）然后将其余部分组装成“完整的第三层信息”消息送往MSC,该消息已不属于DTAP而属于下述BSSMAP消息或可称作半透明消息。DTAP选择虚拟电路方法,独立地建立和释放连接。以下是两种主要的DTAP消息类型：·移动管理消息·关于补充业务的呼叫控制消息2、BSSMAP（BSS管理应用部分）（1）概述BSSMAP其功能主要是对BSS的资源使用、调配和负荷进行控制和监视,以保证呼叫的正常建立和进行。消息的源点和终点为BSS或MSC。消息均和RR（无线资源管理）相关。某些BSSMAP过程将直接引发RR消息,反之RR消息也可能触发某些BSSMAP过程。BSSMAP使用SCCP的无连接服务和面向连接服务。（2）BSSMAP信令过程GSM标准定义了18个信令过程,借此BSSMAP完成其各项功能。1）分配：用于MSＣ指令,为ＭＳ分配一个所需信道。需要注意的是具体指配哪一个物理信道是BSS的功能,MSC只是根据对呼叫控制信息的分析确定所需信道的性质（语音速率,信道类型,优先级别等）,将此通过消息发送给BSS,BSS据此选择具体的信道。信令消息还可以包括有线信道的分配,需注意的是,前面所述应MS的要求立即分配信令信道是由BSS自身完成的,MSC通知MSC控制的是呼叫控制所需的信道。2）闭塞：BSS通知MSC某有线信道闭塞,原因可能是设备故障,无法与无线信道相连接或维护原因。MSC将不再选用此信道。3）资源指示：BSS报告有多少无线资源空闲可用,可供MSC在外部频道转接决策时使用。报告方式由MSC通知BSS,可以周期性,一次性,预定条件满足时报告等。4）复位：指的是MSC或BSS发生故障时的复位,受影响的呼叫将全部释放。故障可以是硬件或软件故障,例如事务标识号丢失等。5）外部频道转接：包括原来的BSS频道转接请求,MSC向目标BSS发出资源分配请求最后向目标BSS发出执行指令三个过程。转接的频道包括TCH（业务信道）和DCCH（专用控制信道）。6）内部频道转接（小区内）：由BSS自行完成,只是定义了在完成后BSS向MSC发送一个“频道转接已执行”的通知消息。7）内部频道转接（小区间）：由BSS自行完成,只是定义了在完成后BSS向MSC发送一个“频道转接已执行”的通知消息。8）频道转接候选MS询问：定义了MSC根据话务量请求转接的信令过程。9）无线资源和陆地资源的释放：事务结束或频道转接后的信道等资源释放,也包括故障释放。10）寻呼：MSC至MS的寻呼消息也作半透明处理。因为MSC发出的寻呼消息仅涉与一个MS,BSS则将多具寻呼消息组合成一个无线接口寻呼消息后发送出去。下行方向,收到MS的寻呼响应消息后,将信息装入“完整的第三层信息”消息送往MSC。11）跟踪调用：MSC或BSS均可发送消息通知对方某一事务进行跟踪,生成记录,跟踪号由OMC分配。该消息采用面向连接服务发送,其后的跟踪信息也在此连接上传送。12）流量控制：指的是MSC发生处理器过负荷或BSS发生处理器过负荷或公共控制信道CCCH过负荷时,对端减少信令业务流量。其控制算法同A—BIS接口。13）等级标志更新：BSS收到通话中的MS发来的等级标志更新消息后,将此通知MSC。主要是MS的功率等级改变信息。14）加密模式控制：用于MSC向BSS发送加密密钥匙等信息。BSS据此生成“加密模式命令”消息发往MS,同时启动加密和解密装置。15）异常条件：定义在异常条件下（如用户故障,信令点不可达等）释放SCCP连接,无结资源和整个呼叫过程。16）初始MS消息：SCCP连接建立后收到的第一个第三层消息,BSS提取等级标志参数后,作半透明消息处理。17）排队指示：当BSS有TCH分配排队系统时或在频道转接时可以延迟分配所需的专用无线资源。18）数据链路控制SAPI≠0：考虑到空中接口可支持SAPI≠0（非呼叫处理实体）的数据链路,本过程定义了一系列消息,使网络能控制这些数据链路。上述信令过程均定义了一系列消息,各消息饮食的信息完全决定于消息功能,没有统一格式。3.5GSM数字移动通信中的重要七号信令过程示例3.5.1概述在七号信令网络中,网络节点互相访问（也即寻址）是通过两种方式进行的。一种是消息传递部分MTP层寻址,它通过,网络中节点的信令点编码DPC,网络指示语NI和子系统号SSN互相访问,但是它受信信点容量点限制,并且反使用这种逐段访问的寻址方式也不适应业务要求。另一种是通过信令连接部分SCCP层的全局码翻译进行寻址,这种方式适用于移动业务和智能业务,两种方式相互补充。对于固定网PSTN来讲,网络通过用户线确切知道用户所在位置,但对于移动网PLMN,由于用户的移动性,它必须首先向网络报告移动用户所处的位置,而网络则能够通过访问某一节点得到移动用户当前的位置,并提供进一步的电路接续数据,这些就是GSM数字移动通信中的重要七号信令过程：位置更新（一段包括鉴权）和查询。3.5.2位置更新移动用户的位置更新和鉴权一般同时进行,由手机发起。手机开机,做主叫或系统操作员均可触发这一过程。根据MS所处位置不同,位置更新分为两种情况。1、MS位于移动业务本地网移动端局A收到MS发起的位置更新请求与IMSI号和其他相关数据首先进行鉴权过程。通过后,分析IMSI号中移动台识别号MSIN部分的h1h2h3确定为本地用户得到HLR的DPC。利用MTP层寻址,将包含位置更新请求,IMSI号年所在地的移动端局的VLRID的MAP层位置更新消息直接以往HLR完成相应用户移动性数据的修改工作。2、MS不在移动业务本地网图MS不在移动网（1）移动端局A收到手机发起的位置更新请求有IMSI号和其它相关数据,首先进行鉴权过程。通过后,产生一个包含位置更新请求与IMSI号和漫游位置信息的MAP层消息,将E、212格式的IMSI号码转换为E、214格式的IMSI号码存放于SCCP层,经分析不是当地用户,将消息利用MTP层寻址指向本地的翻译群B处。

（2）在B处分全局码翻译节点采用SCCP层寻址,识别E、214格式的IMSI中MSIN部分的h1h2h3,得到所在的HLR所归属的分信令区的LSTP的信令点编码,也即E局的DPC并将消息送往上级的HSTPC处。（3）在C处,D处采用MTP层寻址,对于SCCP层与MAP层消息透明传输,根据B处所得的E处的信令点编码将消息送往E处的另一全局码翻译节点。（4）在E处继续进行全局码翻译,识别MSIN部分的h1h2h3,得到MS所归属的HLR的信令点编码,并利用MTP层寻址将消息送往F处。（5）在F处,打开MAP层消息,更新用户的数据。3.5.3查询查询是移动用户做被叫时网络得知其位置（得到移动用户漫游号MSRN,并将其返回到主叫处）的信令过程。根据移动用户所处位置不同,查询分为下述几种情况：1、被叫移动用户MS位于移动业务本地网,主叫MS或PSTN用户也位于本地网首先,本地移动用户MS1,MS2已经做过位置更新（1）若主叫是PSTN用户呼叫MS2,则就近接入C处端局,若主叫是移动用户MS1呼叫MS2,则由MS1所在端局A接入。（2）在C处（或A处）MSC/LVR分析移动用户拨打另MS1SND中用户号码SN的h1h2h3部分为本地用户,利用MTP层寻址将所形成的查询消息送往D处的HLR。（3）HLR中根据用户最近一次位置更新时送回的VLR地址VLRID做全局码翻译,得到用户当前所在的MSC/VLR为本地网中的一个移到端局B,利用MTP层寻址,将MAP查询消息指向它,并向VLR要求移动用户漫游号MSRN。（4）HLR得到MSRN后,根据主叫所接入的MSC/VLR的DPC利用MTP层寻址送回漫游号进行下一步的TUP（ISUP）层的接续。2、主叫位于本地网,归属于移动本地网的被叫用户MS2在外地漫游,如图所示首先,本地用户MS1,MS2已做过位置更新。（1）若主叫是PSTN用户呼叫MS2,则就近接入B端局,若主叫是移动用户MS1呼叫MS2,则由MS1所在端局A接入。（2）在B上（或A处）MSC/VLR分析移动用户拨打号MS1DN中SN的h1h2h3部分,为本地用户,利用MTP层寻址将所形成的查询消息送往C处的HLR。（3）HLR中根据用户最近一次位置更新送回的VLR地址做全局码翻译得到用户当前所在的MSC/VLR不在本地网中,利用MTP层寻址,将要求移动用户漫游号MSRN的MAP层查询消息指向本地SCCP层翻译群B。主叫地址SCCGPA为HLR的HLRID,经过对MS2所在MSC/VLR（F）的VLRID。（4）在B处,要过对MS2所在MSC/VLR（F）的LVRID进行GT翻译,得到F局所归属的他信令区翻译群地址,即E局的DPC,然后此消息经D、E两处HSTP的透明传输到达E处的LSTP。主叫地址仍为HLR的HLRID,被叫地址仍为MS2所在MSC/VLR（F）的VLRID。（5）在E处,对MSC/VLR（F）的VLRID进行GT翻译,得到其为当地的移动端局F,采用MTP寻址,将查询消息指向它。主、被叫地址不变。（6）在下处,VLR提供新的MSRN给MS2,同时将主、被叫地址倒换,分析HLRID不为当地归属位置寄存器,则将返回消息指向当地LSTP、E局。（7）与上述过程相反,E处经GT翻译分析HLRID后指向B处LSTP理次分析后得到本地HLR的DPC,将消息直接送到HLR,然后,HLR再根据主叫所接入的MSC/VLR的DPC,利用MTP层寻址送回漫游号进行下一步的TUP（ISUP）层的接续。3、若外地用户呼叫移动用户,或当本地移动用户漫游到外地时,只是信令过程更加复杂,而处理过程类似不再阐述。由于GSM采用七号信令系统,在话路接前完成复杂信令过程确定接续路径,从而避免了模拟被叫用户漫游至主叫所在地时,同是时占用两条长途电路完成本地接续的情况,这也是GSM相对于模拟网的优点之一。但是也正是由于信令过程的复杂性,信令路径中有一个局数据出错,就不能完成接续。因此,依据它制作修改检查局数据也就更加重要。3.5.4信令接续流程以MS发起的主叫通话为例,说明在GSM系统中,实现一次通话所需的信令接续过程。以应用层（L3）的三层连接（RR、MM、CC）为构架,对L的通信过程进行分析,介绍每条信令中的一些主要参数以与该信令在通话过程中所起的作用。GSM系统使用类似OSI协议模型的简化协议,包括物理层（L1）、数据链路层（L2）和应用层（L3）。L1是协议模型最底层,提供物理媒介传输比特流所需的全部功能。L2保证正确传递消息与识别单个呼叫。在GSM系统中,无线接口（Um）上的L1和L2分别是TDMA帧和LAPDm协议。在网络侧,Abis接口和A接口使用的L1均为E1传输方式,L2分别为LAPD和MTP协议。在Um接口,MS每次呼叫时都有一个L1和L2层的建立过程,在此基础上再与网络侧建立L3上的通信。在网络侧（A和Abis接口）,其L1和L2（SCCP除外）始终处于连接状态。L3层的通信消息按阶段和功能的不同,分为无线资源管理（RR）、移动性管理（MM）和呼叫控制（CC）三部分。1、建立RR连接RR的功能包括物理信道管理和逻辑信道的数据链路层连接等。在任何情况下,MS向系统发出的第一条消息都是CH－REQ（信道请求）,要求系统提供一条通信信道,所提供的信道类型则由网络决定。CH－REQ有两个参数：建立原因和随机参考值（RAND）。建立原因是指MS发起这次请求的原因,本例的原因是MS发起呼叫,其它原因有紧急呼叫、呼叫重建和寻呼响应等。RAND是由MS确定的一个随机值,使网络能区别不同MS所发起的请求。RAND有5位,最多可同时区分32个MS,但不保证两个同时发起呼叫的MS的RAND值一定不同。要进一步区别同时发起请求的MS,还要根据Um接口上的应答消息。CH－REQ消息在BSS内部进行处理。BSC收到这一请求后,根据对现有系统中无线资源的判断,分配一条信道供MS使用。该信道是否能正常使用,还需BTS作应答证实,Abis接口上的一对应答消息CHACT（信道激活）和CHACK（信道激活证实）完成这一功能。CHACT指明激活信道工作所需的全部属性,包括信道类型、工作模式、物理特性和时间提前量等。网络准备好合适的信道后,就通知MS,由IMMASS（立即指配）消息完成这一功能。在IM－MASS中,除包含CHACT中的信道相关信息外,还包括随机参考值RA、缩减帧号T、时间提前量TA等。RA值等于BSS系统收到的某个MS发送的随机值。T是根据收到CH－REQ时的TD－MA帧号计算出的一个取值范围较小的帧号。RA和T值都与请求信道的MS直接相关,用于减少MS之间的请求冲突。TA是根据BTS收到RACH信道上的CH－REQ信息进行均衡时,计算出来的时间提前量。MS根据TA确定下一次发送消息的时间提前量。IMMASS的目的是在Um接口建立MS与系统间的无线连接,即RR连接。MS收到IM－MASS后,如果RA值和T值都符合要求,就会在系统所指配的新信道上发送SABM帧,其中包含一个完整的L3消息（MP－L3－INF）,这条消息在不同的接口有不同的作用。在Um接口,SABM帧是LAPDm层上请求建立一个多帧应答操作方式连接的消息。系统收到SANM帧后,回送一个UA帧,作为对SABM帧的应答,表明在MS与系统之间已建立了一条LAPDm通路；另外,此UA帧的消息域包含同样一条L3消息,MS收到该消息后,与自己发送的SABM帧中相应的内容比较,只有当完全一样时,才认为被系统接受。L3消息中包含MS的IMSI,IMSI对每个MS是唯一的,这可保证在该信道上只有一个MS可接入系统。在Abis接口,这条消息是ESTIND（建立指示）,用来通知已建立LAPDm连接,作为对IMMASS消息的应答。在SANM帧中,透明传输到MSC的L3消息是A接口的第1条L3消息。尽管A接口的MTP连接在通话前已经建立,但对每个呼叫,在L2还要建立一个SCCP的连接。L3消息包含在A接口上SCCP的请求建链消息（CR）中传递。如请求被允许,A接口的第1条下行消息将包含在SCCP层的连接证实（CC）帧中。对SCCP层来说,CR与CC的交换是源参考地址与目的参考地址的交换。在同样的信令点码下,不同的呼叫具有不同的源地址和目的地址。A接口上第1条消息传递完后,MS与系统之间就建立了RR连接,RR实体通知MM子层已进入专用模式。在专用模式下,MM子层和CC子层负责发送所有L2层上的消息。除了错误指示和释放本地链路以外,均由RR子层直接处理。2、建立MM连接正常情况下,要建立MM连接必须先有RR连接。RR建立后的第一个步骤是鉴权（AUTH）,即鉴定移动用户的身份。在AU－THREQ（鉴权请求）中有两个参数：CIPKEYNo（加密键号）和AUTRAND（鉴权随机值）QCIPKEYNo与每个MS的密匙Kc相对应,由网络计算出来送到MS,目的是毋须调用AUTH过程,就可直接由MS的IMSI和CM－SERV－REQ中的CIPKEYNo参数得到Kc。ATURAND供MS计算鉴权响应值SRESMS的SIM中存有4个与鉴权和加密相关的数据：鉴权算法A3、加密序列算法A8、加密算法A5和移动用户个人鉴权键Ki。其关系如下：Kc=A8（RAND,Ki）,SRES=A3（RAND,Ki）,加密数据流=A5（userdata,Kc）。SRES是MS对AUTHREQ的响应值,在AUTHRES中传递。网络中存储了与每个IMSI相对应的Ki值,网络根据计算出的SRES值和MS回送的SRES值,可对MS的身份进行鉴定。Kc用于鉴权后的加密过程,加密算法A5由网络指定,但MS必须支持该算法。在加密命令CIP－M-COM中,指出了每个MS支持的A5算法类型,还指定了MS的回送消息中是否包括IMEISV参数。对MS的身份识别与无线信道传输加密过程完成后,建立呼叫所需的MM连接已经建立,可以向更高层（CC子层）提供呼叫信息的传递功能。3、建立CC连接MS向网络发SETU（建立）消息,请求建立呼叫,消息内容包括：（1）此次呼叫请求的具体业务种类与MS能提供的承载能力,包括信息传输要求、发送方式、编码标准与可使用的无线信道类型；（2）被叫用户号码,包括被叫号码类型和编码方案。网络收到SETUP消息,若接受请求,就回送CALLPROC（呼叫处理）,表明正在处理呼叫,主叫MS处于等待状态。网络开始寻找被叫用户,若被叫也是GSM系统用户,其接入网络的方式与主叫类似。不同点有：（1）被叫MS收到网络发出的PAGINC（寻呼）消息后才会提出信道请求；（2）被叫MS在与网络建立CC连接时,先由网络发下行的SETUP消息,MS回送CALLCONF（呼叫证实）消息。在CALL,PROC或CALL,CONF后,网络与MS之间CC层的连接建立。后续的CC层消息ALERT（振铃）、CON－NECT（连接）与其应答消息,分别对应MS振铃和用户搞机动作。网络收到被叫的ALERT消息,再向主叫MS发送同样的ALERT消息,使主叫知道当前的通话接续状态,即通常打电话时听到的振铃声。收到振铃声后,主叫等待被叫摘机,该动作在信令接续上反映为CONNECT（连接）消息。完成对CONNECT消息的应答后,主被叫双方进入正常通话状态,直到有一方关机,通话结束。传递信令使用的是SDCCH或FACCH,MS通话必须在TCH信道上进行。为此,网络分配给MS一条TCH信道,分配方式与IMMASS类似,不同点在于指配的发起是由MSC的ASS－REQ（指配请求命令）开始的。BSC根据ASS－REQ的信息,激活相应的无线信道,根据ASS－REQ中指定业务的相应信息,确定该无线信道的类型。由CHACT指定无线资源,包括信道频率、时隙和跳频等内容。4、连接话音通路GSM系统业务的数据传递采用电路模式,在主叫与被叫之间有一条物理通路。建立这样一条通路有两个要求：（1）为传递通信的不同路由段分配一定的信道资源；（2）将各段信道连接在一起。信道资源包括Um接口的无线信道和A接口的PCM链路信道。无线信道由CHACT说明,A接口的地面信道由ASS－REQ说明各个信道的连接是一个接路过程。收到ASS－REQ后,BSC将A接口的地面信道和Um接口的无线信道连接在一起。收到CONNECT后,MSC将A接口的地面信道和网络内使用的信道连接在一起。在MS内部也有类似的接路过程。主叫方收到ALERT消息后,接通内部的话音通路；被叫端的用户（GSM用户）在发送CON－NECT时,接通MS内的话音通路。5、清除CC连接和MM连接当一方用户挂机时,开始清除通信连接。从L3的CC子层开始清除,最终到L1。以主叫MS先挂机为例。MS发送DISCON－NECT（断开连接）消息,指明呼叫清除的发起端与清除原因。网络收到DISCONNECT后,停止所有的CC连接定时器,清除业务信道在网络中的连接,向MS发送RELEASE（呼叫释放）,通知它网络正在释放CC层的连接。MS收到消息后,停止所有CC连接定时器,释放MM连接,向网络发送RELCMP,本身进入“NULL”（空闲）状态。这时,在MS侧,L3的连接已经全部释放完毕,但MS不能自己拆除L2层的连接,要等待网络的释放命令。网络收到RELCMP（呼叫释放完成）后,释放MM连接,返回到“NULL”状态。CC层和MM层的连接释放完毕后,网络启动SCCP连接的释放,释放与应答消息分别为CLRCOM（清除）和CLRCMP（清除完成）。6、释放RR连接RR连接释放的目的是去活正在使用的专用信道,专用信道释放后,MS返回到IDLE（空闲）状态。RR连接释放的命令是CHREL（信道释放）,包括释放原因（正常释放、超时、切换失败等）。MS收到CHREL后,启动定时器,回送一条LAPDm层的DISC消息,准备断开连接。当DISC消息被系统的UA消息证实或定时器超时后,MS去活所有信道,返回到空闲模式。RR连接释放后,停止系统在TCH信道的伴随信道SACCH上发送DESACCH（去活SACCH信道）,并在TCH信道上发送RFCHREL（无线信道释放）与其应答。与RFCHREL相对应,L1的连接也被清除,以减小或关闭系统在该信道的发射功率。7、选择TCH信道分配时间在一次通话过程中,MS先后使用了SDCCH和TCH两种不同类型的信道,分别用于信令和话音传递。网络根据对SDCCH和TCH使用的分配原则,可以在不同时间点,给MS分配TCH信道,有三种方式：早分配、特早分配和晚分配。TCH的指配可在CC连接建立后马上进行,也可等收到ALERT消息后再指配。前者称为早分配,后者为晚分配。分配的早晚会影响系统占用SDCCH或TCH信道的时间。晚分配的SD－CCH信道占用时间长,可能导致TCH信道还有空闲时,由于SDCCH信道资源的缺乏而使呼叫失败,但可提高TCH信道的成功使用率。在ALERT后,主被叫均处于接通状态,一旦被叫用户搞机,TCH信道就可被成功使用。在早分配中,若被叫用户连接失败,会导致分配给主叫用户使用的TCH信道实际上不能使用,降低了使用率,但提高了SDCCH的容量。特早分配是在IMMASS时就直接分配一条TCH信道,但仅作为信今信道使用,在CC连接建立后,再利用信道模式修改命令,改为TCH信道。特早分配没有为信今信道专门分配独立的物理信道,使可同时通话的用户数最多,减少了呼叫建立的缓冲过程。当系统可用于通信的N个信道都被占用时,新的用户就不能接入。实际上在通话前,MS与网络间还需要时间进行初期的信令通信,在这段时间内,原来通话的用户有可能已结束通话,可以建立新的呼叫。目前特早分配方式使用较少,早分配方式使用较多。8、识别MS身份TMSI是网络分配给每个移动用户的临时身份码,只在一个位置区域内有效。为了提高MS用户的保密性,信令通信可首先使用TMSI代替IMSI。如果网络识别TMSI号码,接续流程可以继续；若不能识别TMSI（MS从一个位置区进入另一个位置区）,就会要求MS重新上报IMSI号码。若该号码有效,通信继续,同时网络还会给该移动用户分配一个新的TMSI号码。这个接续过程紧跟在A接口的第一个L3消息之后。9、重新分配TMSI无论当前MS使用的TSMSI是否能被系统识别,出于对用户身份保密的考虑,在每次通信时,网络部可为MS重新分配一个TMSI。TMSI的重新分配过程一般是在加密完成之后,SETUP建立之前。对应于TMSI重新分配命令,MS有一个回应的TMSI分配完成消息。10、提前发送功率控制信息根据系统配置,MS可以决定在AUTHREQ后是否上报MS的处理能力,消息名称为CLASSMRAKCHANGE,内容与建立指示中的一样,只是更详细说明了MS支持的加密算法。在建立指示中,只说明是否支持A5／1、A5／2和A5／3；而在CLAMARK－CH中,进一步说明是否支持A5／4～A5／7算法。网络收到此消息后先回送MSPWRCTRL消息,说明MS可使用的功率范围,以与与此MS相应的TRX所需的发射功率。在加密过程中,使用加密算法的信息,MS是否需要提前发送这条消息,由网络侧的系统消息3说明。3.6GSM网络接口与协议3.6.1GSM系统接口GSM系统可分为三大部分,与外界的联系,可划分成三大边界,因而也有了三大外部接口。首先,在用户侧,这个接口实际上是移动台MS与用户间的界面,可认为是一个人机界面。在GSM规范中定义了一个SIM-ME接口,这里SIM是一张智能卡,包含存储在无线端口的用户一侧上所有与用户有关的信息,ME代表移动设备。其次,GSM与其他电信网接口主要是建立起GSM用户与其他电信网呼叫,其中包括与运营者和外部网络接口为了解GSM系统接口和协议分层,先了解GSM的功能分层：OAM：运行、管理和维护平面,为运营者操作提供手段。CM：通信管理,应用户要求,在用户之间建立连接,维持和释放呼叫。（可分为CC-呼叫控制、SSM-补充业务管理、SMS-短消息业务）。MM：移动性和安全性管理。移动性方面包括：（1）移动台在变化的环境下如何选择蜂房；基础设施怎样管理用户的位置数据,使呼叫GSM用户的建立过程有效。（2）位置更新过程。安全性管理方面：鉴权和加密。RR：无线资源管理,在呼叫期间建立和释放移动台与MSC之间的连接,还包含切换,主要由MS和BSC完成。传输：传输功能有两方面：第一,在沿着通信路径的各段上提供携带用户数据（话音或数据）的传输方法；第二,提供在实体间传送信令的方法。在建立了GSM系统功能分层概念后,我们进一步来认识GSM系统接口和协议分层结构RIL3-CC：无线接口第三层-CC层RIL3-MM：无线接口第三层-MM层RIL3-RR：无线接口第三层-无线资源管理层RSM：信道释放确认LAP