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GSM系统信令接续流程 摘要
文章以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L3的通信过程进行分析,介绍每条信令中的一些主要参数以及该信令在通话过程中所起的作用。
关键词信令接续无线资源管理移动性管理呼叫管理
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保证正确传递消息及识别单个呼叫。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:CIP KEY No(加密键号和AUT RAND(鉴权随机值Q CIPKEY No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CIP KEY No参数得到Kc。ATU RAND供MS 计算鉴权响应值SRES。MS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(user data,Kc。SRES是MS对AUTH REQ的响应值,在AUTH RES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的身份识别及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及MS能提供的承载能力,包括信息传输要求、发送方式、编码标准及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CALL PROC(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(连接及其应答消息,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;