GSM系統(tǒng)信令接續(xù)流程

GSM系統(tǒng)使用類似OSI協(xié)議模型的簡(jiǎn)化協(xié)議，包括物理層（L1）、數(shù)據(jù)鏈路層（L2）和應(yīng)用層（L3）。L1是協(xié)議模型最底層，提供物理媒介傳輸比特流所需的全部功能。L2保證正確傳遞消息及識(shí)別單個(gè)呼叫。在GSM系統(tǒng)中，無線接口（Um）上的L1和L2分別是TDMA幀和LAPDm協(xié)議。在網(wǎng)絡(luò)側(cè)，Abis接口和A接口使用的L1均為E1傳輸方式，L2分別為L(zhǎng)APD和MTP協(xié)議。在Um接口，MS每次呼叫時(shí)都有一個(gè)L1和L2層的建立過程，在此基礎(chǔ)上再與網(wǎng)絡(luò)側(cè)建立L3上的通信。在網(wǎng)絡(luò)側(cè)（A和Abis接口），其L1和L2（SCCP除外）始終處于連接狀態(tài)。L3層的通信消息按階段和功能的不同，分為無線資源管理（RR）、移動(dòng)性管理（MM）和呼叫控制（CC）三部分。

1建立RR連接
RR的功能包括物理信道管理和邏輯信道的數(shù)據(jù)鏈路層連接等。
在任何情況下， MS向系統(tǒng)發(fā)出的第一條消息都是CH－REQ（信道請(qǐng)求），要求系統(tǒng)提供一條通信信道，所提供的信道類型則由網(wǎng)絡(luò)決定。CH－REQ有兩個(gè)參數(shù)：建立原因和隨機(jī)參考值（RAND）。建立原因是指MS發(fā)起這次請(qǐng)求的原因，本例的原因是MS發(fā)起呼叫，其它原因有緊急呼叫、呼叫重建和尋呼響應(yīng)等。RAND是由MS確定的一個(gè)隨機(jī)值，使網(wǎng)絡(luò)能區(qū)別不同MS所發(fā)起的請(qǐng)求。RAND有5位，最多可同時(shí)區(qū)分32個(gè)MS，但不保證兩個(gè)同時(shí)發(fā)起呼叫的MS的RAND值一定不同。要進(jìn)一步區(qū)別同時(shí)發(fā)起請(qǐng)求的MS，還要根據(jù)Um接口上的應(yīng)答消息。
CH－REQ消息在BSS內(nèi)部進(jìn)行處理。BSC收到這一請(qǐng)求后，根據(jù)對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)中無線資源的判斷，分配一條信道供MS使用。該信道是否能正常使用，還需BTS作應(yīng)答證實(shí)，Abis接口上的一對(duì)應(yīng)答消息CHACT（信道激活）和CHACK（信道激活證實(shí)）完成這一功能。CHACT指明激活信道工作所需的全部屬性，包括信道類型、工作模式、物理特性和時(shí)間提前量等。
網(wǎng)絡(luò)準(zhǔn)備好合適的信道后，就通知MS，由IMMASS（立即指配）消息完成這一功能。在IM－MASS中，除包含CHACT中的信道相關(guān)信息外，還包括隨機(jī)參考值RA、縮減幀號(hào)T、時(shí)間提前量TA等。RA值等于BSS系統(tǒng)收到的某個(gè)MS發(fā)送的隨機(jī)值。T是根據(jù)收到CH－REQ時(shí)的TD－MA幀號(hào)計(jì)算出的一個(gè)取值范圍較小的幀號(hào)。RA和T值都與請(qǐng)求信道的MS直接相關(guān)，用于減少M(fèi)S之間的請(qǐng)求沖突。TA是根據(jù) BTS收到RACH信道上的CH－REQ信息進(jìn)行均衡時(shí)，計(jì)算出來的時(shí)間提前量。MS根據(jù)TA確定下一次發(fā)送消息的時(shí)間提前量。
IMMASS的目的是在Um接口建立MS與系統(tǒng)間的無線連接，即RR連接。MS收到IM－MASS后，如果RA值和T值都符合要求，就會(huì)在系統(tǒng)所指配的新信道上發(fā)送SABM幀，其中包含一個(gè)完整的L3消息（MP－L3－ INF），這條消息在不同的接口有不同的作用。在Um接口，SABM幀是LAPDm層上請(qǐng)求建立一個(gè)多幀應(yīng)答操作方式連接的消息。系統(tǒng)收到SANM幀后，回送一個(gè)UA幀，作為對(duì)SABM幀的應(yīng)答，表明在MS與系統(tǒng)之間已建立了一條LAPDm通路；另外，此UA幀的消息域包含同樣一條L3消息，MS收到該消息后，與自己發(fā)送的SABM幀中相應(yīng)的內(nèi)容比較，只有當(dāng)完全一樣時(shí)，才認(rèn)為被系統(tǒng)接受。L3消息中包含MS的IMSI，IMSI對(duì)每個(gè) MS是唯一的，這可保證在該信道上只有一個(gè)MS可接入系統(tǒng)。在Abis接口，這條消息是ESTIND（建立指示），用來通知已建立LAPDm連接，作為對(duì)IMMASS消息的應(yīng)答。
在SANM幀中，透明傳輸?shù)組SC的L3消息是A接口的第1條L3消息。盡管A接口的MTP連接在通話前已經(jīng)建立，但對(duì)每個(gè)呼叫，在L2還要建立一個(gè)SCCP的連接。L3消息包含在A接口上SCCP的請(qǐng)求建鏈消息（CR）中傳遞。如請(qǐng)求被允許，A接口的第1條下行消息將包含在SCCP層的連接證實(shí)（CC）幀中。對(duì)SCCP層來說， CR與CC的交換是源參考地址與目的參考地址的交換。在同樣的信令點(diǎn)碼下，不同的呼叫具有不同的源地址和目的地址。
A接口上第1條消息傳遞完后，MS與系統(tǒng)之間就建立了RR連接，RR實(shí)體通知MM子層已進(jìn)入專用模式。在專用模式下，MM子層和CC子層負(fù)責(zé)發(fā)送所有L2層上的消息。除了錯(cuò)誤指示和釋放本地鏈路以外，均由RR子層直接處理。

2建立MM連接
正常情況下，要建立MM連接必須先有RR連接。RR建立后的第一個(gè)步驟是鑒權(quán)（AUTH），即鑒定移動(dòng)用戶的身份。在AU－THREQ（鑒權(quán)請(qǐng)求）中有兩個(gè)參數(shù)：CIP KEY No（加密鍵號(hào)）和 AUT RAND（鑒權(quán)隨機(jī)值）Q CIPKEY No與每個(gè)MS的密匙Kc相對(duì)應(yīng)，由網(wǎng)絡(luò)計(jì)算出來送到MS，目的是毋須調(diào)用AUTH過程，就可直接由MS的IMSI和CM－SERV－REQ中的CIP KEYNo參數(shù)得到Kc。ATU RAND供MS計(jì)算鑒權(quán)響應(yīng)值SRES。MS的SIM中存有4個(gè)與鑒權(quán)和加密相關(guān)的數(shù)據(jù)：鑒權(quán)算法A3、加密序列算法A8、加密算法A5和移動(dòng)用戶個(gè)人鑒權(quán)鍵Ki。其關(guān)系如下：Kc=A8（RAND，Ki），SRES=A3（RAND，Ki），加密數(shù)據(jù)流=A5（user data，Kc）。SRES是MS對(duì)AUTH REQ的響應(yīng)值，在AUTH RES中傳遞。網(wǎng)絡(luò)中存儲(chǔ)了與每個(gè) IMSI相對(duì)應(yīng)的Ki值，網(wǎng)絡(luò)根據(jù)計(jì)算出的SRES值和MS回送的SRES值，可對(duì)MS的身份進(jìn)行鑒定。Kc用于鑒權(quán)后的加密過程，加密算法A5由網(wǎng)絡(luò)指定，但 MS必須支持該算法。在加密命令CIP－M-COM中，指出了每個(gè)MS支持的A5算法類型，還指定了MS的回送消息中是否包括IMEISV參數(shù)。
對(duì)MS的身份識(shí)別及無線信道傳輸加密過程完成后，建立呼叫所需的MM連接已經(jīng)建立，可以向更高層（CC子層）提供呼叫信息的傳遞功能。
3建立CC連接
MS向網(wǎng)絡(luò)發(fā)SETU（建立）消息，請(qǐng)求建立呼叫，消息內(nèi)容包括：（1）此次呼叫請(qǐng)求的具體業(yè)務(wù)種類及MS能提供的承載能力，包括信息傳輸要求、發(fā)送方式、編碼標(biāo)準(zhǔn)及可使用的無線信道類型；（2）被叫用戶號(hào)碼，包括被叫號(hào)碼類型和編碼方案。
網(wǎng)絡(luò)收到SETUP消息，若接受請(qǐng)求，就回送CALL PROC（呼叫處理），表明正在處理呼叫，主叫MS處于等待狀態(tài)。網(wǎng)絡(luò)開始尋找被叫用戶，若被叫也是GSM系統(tǒng)用戶，其接入網(wǎng)絡(luò)的方式與主叫類似。不同點(diǎn)有：（1）被叫 MS收到網(wǎng)絡(luò)發(fā)出的PAGINC（尋呼）消息后，才會(huì)提出信道請(qǐng)求；（2）被叫MS在與網(wǎng)絡(luò)建立CC連接時(shí)，先由網(wǎng)絡(luò)發(fā)下行的SETUP消息， MS回送CALLCONF（呼叫證實(shí)）消息。在CALL，PROC或CALL，CONF后，網(wǎng)絡(luò)與MS之間CC層的連接建立。

后續(xù)的CC層消息ALERT（振鈴）、 CON－NECT（連接）及其應(yīng)答消息，分別對(duì)應(yīng)MS振鈴和用戶摘機(jī)動(dòng)作。網(wǎng)絡(luò)收到被叫的ALERT消息（MS在振鈴的同時(shí)觸發(fā)向MSC發(fā)送ALERT消息），再向主叫MS發(fā)送同樣的ALERT消息，被叫端局放回鈴，使主叫知道當(dāng)前的通話接續(xù)狀態(tài)，即通常打電話時(shí)聽到的振鈴聲（振鈴聲或彩鈴均算局間話務(wù)）。收到振鈴聲后，主叫等待被叫摘機(jī)，該動(dòng)作在信令接續(xù)上反映為CONNECT（連接）消息。完成對(duì)CONNECT消息的應(yīng)答后，主被叫雙方進(jìn)入正常通話狀態(tài)，直到有一方關(guān)機(jī)，通話結(jié)束。
主叫局發(fā)IAM消息給被叫局，被叫局發(fā)現(xiàn)用戶空閑，就發(fā)送ACM消息，通知主叫局，同時(shí)在話路上發(fā)送回鈴音。
MSC收到完成呼叫消息后向BSS側(cè)發(fā)送SETUP消息提示將建立呼叫, MS收到該消息后回送呼叫證實(shí)消息之后, MSC選擇相應(yīng)的A接口電路（地面信道）向?qū)��?yīng)的BSC發(fā)送指配請(qǐng)求消息, BSC根據(jù)資源情況分配相應(yīng)的無線資源并通知MS，MS占用成功后回送指配完成消息，同時(shí)被叫MS開始震鈴向其被叫MSC回震鈴消息，該被叫MSC向主叫所在MSC回地址全消息（ACM）,主叫所在MSC向MS發(fā)送被叫震鈴消息,此時(shí)主機(jī)用戶可以聽到回鈴音,被叫用戶如果決定接受此次呼叫按應(yīng)答按紐,此動(dòng)作被手機(jī)翻譯成為CONNECT消息向被叫MSC發(fā)送,被叫MSC收到該消息后向主叫MSC發(fā)送應(yīng)答消息ANC ,主叫MSC收到此消息后向主叫MS發(fā)送連接建立請(qǐng)求消息,主叫MS相應(yīng)的向主叫MSC回連接證實(shí)消息,此消息經(jīng)被叫MSC傳送至被叫MS, 于是本此呼叫開始通話，雙方進(jìn)行通話。
傳遞信令使用的是SDCCH或FACCH，MS通話必須在TCH信道上進(jìn)行。為此，網(wǎng)絡(luò)分配給MS一條TCH信道，分配方式與IMMASS類似，不同點(diǎn)在于指配的發(fā)起是由MSC的ASS－REQ（指配請(qǐng)求命令）開始的。BSC根據(jù)ASS－REQ的信息，激活相應(yīng)的無線信道，根據(jù)ASS－REQ中指定業(yè)務(wù)的相應(yīng)信息，確定該無線信道的類型。由CHACT指定無線資源，包括信道頻率、時(shí)隙和跳頻等內(nèi)容。

4連接話音通路
GSM系統(tǒng)業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)傳遞采用電路模式，在主叫與被叫之間有一條物理通路。建立這樣一條通路有兩個(gè)要求：（1）為傳遞通信的不同路由段分配一定的信道資源；（2）將各段信道連接在一起。
信道資源包括Um接口的無線信道和A接口的PCM鏈路信道。無線信道由CHACT說明，A接口的地面信道由 ASS－REQ說明。
各個(gè)信道的連接是一個(gè)接路過程。收到ASS－REQ后， BSC將A接口的地面信道和Um接口的無線信道連接在一起。收到CONNECT（摘機(jī)）后，MSC將A接口的地面信道和網(wǎng)絡(luò)內(nèi)使用的信道連接在一起。在MS內(nèi)部也有類似的接路過程。主叫方收到ALERT消息后，接通內(nèi)部的話音通路，接通通路后開始聽被叫端局送來的回鈴音；被叫端的用戶（GSM用戶）在發(fā)送CON－NECT（由摘機(jī)觸發(fā)connect消息的發(fā)送）時(shí)，接通 MS內(nèi)的話音通路。
一個(gè)具體的分析例子：
在維護(hù)臺(tái)我們常�？吹降男帕畹牧鞒讨�，除了可以看其消息解析外，知道了上面的消息結(jié)構(gòu)，我們可以很快知道一個(gè) IAM 的大概內(nèi)容，如：
<ISUPNAT1091IAM 000015800E15093B150202016000F80002070501100380030801000A070313986881866900
從上我們就可以知道：
0000158為CIC 值；
00E為 SLS 值；
15093B和150202 分別為 源信令點(diǎn)碼 和 目的信令點(diǎn)碼；
0160 00F8 00 為前五個(gè)必備固定部分的參數(shù)；
02 07為必備可變部分和任選部分的指針；
05 01 10 03 80 03為必備可變部分即為 被叫用戶號(hào)碼，第一位為 長(zhǎng)度 即為5，01 10 為被叫用戶號(hào)碼的說明部分，這樣后面的號(hào)碼為 ：300830；
主叫用戶號(hào)碼的參數(shù)識(shí)別碼為 0A ，所以我們很快可以在后面的任選參數(shù)中找到主叫用戶號(hào)碼為0A 07 03 13 98 6881 86 69 ，這樣我們可以確定主叫號(hào)碼為898 6186896；
1）最常見的REL的消息格式為只帶一個(gè)必備可變參數(shù)原因指示語(yǔ)，這是一個(gè)枚舉值，共有一百多個(gè)原因值，可以在國(guó)標(biāo)中查到，在實(shí)際應(yīng)用中，常常要分析的就是這個(gè)值。
2）下面是只帶必備可變參數(shù)的REL 消息：
<ISUPNAT5769 REL 000019800615093B15020202 00 02 80 90
0200分別為 必備可變參數(shù)和 任選參數(shù)的指針，此事沒有任選參數(shù)，所以為 00 ；
02 80 90為 原因指示語(yǔ)，其中原因值字段為 90 ，即 正常的呼叫清除；


5呼叫斷續(xù)處理

5.1清除CC連接和 MM連接
當(dāng)一方用戶掛機(jī)時(shí)，開始清除通信連接。從L3的CC子層開始清除，最終到L1。
以主叫MS先掛機(jī)為例。MS發(fā)送DISCON－NECT（斷開連接）消息，指明呼叫清除的發(fā)起端及清除原因。網(wǎng)絡(luò)收到DISCONNECT后，停止所有的CC連接定時(shí)器，清除業(yè)務(wù)信道在網(wǎng)絡(luò)中的連接，向MS發(fā)送RELEASE（呼叫釋放），通知它網(wǎng)絡(luò)正在釋放CC層的連接。MS收到消息后，停止所有CC連接定時(shí)器，釋放MM連接，向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送RELCMP，本身進(jìn)入“NULL”（空閑）狀態(tài)。這時(shí)，在MS側(cè)，L3的連接已經(jīng)全部釋放完畢，但MS不能自己拆除L2層的連接，要等待網(wǎng)絡(luò)的釋放命令。網(wǎng)絡(luò)收到RELCMP（呼叫釋放完成）后，釋放MM連接，返回到“NULL”狀態(tài)。
CC層和MM層的連接釋放完畢后，網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)SCCP連接的釋放，釋放及應(yīng)答消息分別為CLRCOM（清除）和CLRCMP（清除完成）。

5.2釋放RR連接
RR連接釋放的目的是去活正在使用的專用信道，專用信道釋放后，MS返回到IDLE（空閑）狀態(tài)。 RR連接釋放的命令是CHREL（信道釋放），包括釋放原因（正常釋放、超時(shí)、切換失敗等）。MS收到CHREL后，啟動(dòng)定時(shí)器，回送一條LAPDm層的DISC消息，準(zhǔn)備斷開連接。當(dāng)DISC消息被系統(tǒng)的UA消息證實(shí)或定時(shí)器超時(shí)后，MS去活所有信道，返回到空閑模式。
RR連接釋放后，停止系統(tǒng)在TCH信道的伴隨信道SACCH上發(fā)送DESACCH（去活SACCH信道），并在TCH信道上發(fā)送RFCHREL（無線信道釋放）及其應(yīng)答。與RFCHREL相對(duì)應(yīng)，L1的連接也被清除，以減小或關(guān)閉系統(tǒng)在該信道的發(fā)射功率。

6其它

6.1選擇TCH信道分配時(shí)間
在一次通話過程中，MS先后使用了SDCCH和TCH兩種不同類型的信道，分別用于信令和話音傳遞。網(wǎng)絡(luò)根據(jù)對(duì)SDCCH和TCH使用的分配原則，可以在不同時(shí)間點(diǎn)，給MS分配TCH信道，有三種方式：早分配、特早分配和晚分配。
TCH的指配可在CC連接建立后馬上進(jìn)行，也可等收到ALERT消息后再指配。前者稱為早分配，后者為晚分配。分配的早晚會(huì)影響系統(tǒng)占用SDCCH或TCH信道的時(shí)間。晚分配的SD－CCH信道占用時(shí)間長(zhǎng)，可能導(dǎo)致TCH信道還有空閑時(shí)，由于SDCCH信道資源的缺乏而使呼叫失敗，但可提高TCH信道的成功使用率。在ALERT后，主被叫均處于接通狀態(tài)，一旦被叫用戶搞機(jī)，TCH信道就可被成功使用。在早分配中，若被叫用戶連接失敗，會(huì)導(dǎo)致分配給主叫用戶使用的TCH信道實(shí)際上不能使用，降低了使用率，但提高了SDCCH的容量。特早分配是在IMMASS時(shí)就直接分配一條TCH信道，但僅作為信今信道使用，在CC連接建立后，再利用信道模式修改命令，改為TCH信道。特早分配沒有為信今信道專門分配獨(dú)立的物理信道，使可同時(shí)通話的用戶數(shù)最多，減少了呼叫建立的緩沖過程。當(dāng)系統(tǒng)可用于通信的N個(gè)信道都被占用時(shí)，新的用戶就不能接入。實(shí)際上在通話前，MS與網(wǎng)絡(luò)間還需要時(shí)間進(jìn)行初期的信令通信，在這段時(shí)間內(nèi)，原來通話的用戶有可能已結(jié)束通話，可以建立新的呼叫。目前特早分配方式使用較少，早分配方式使用較多。

6.2識(shí)別MS身份
TMSI是網(wǎng)絡(luò)分配給每個(gè)移動(dòng)用戶的臨時(shí)身份碼，只在一個(gè)位置區(qū)域內(nèi)有效。為了提高M(jìn)S用戶的保密性，信令通信可首先使用TMSI代替IMSI。如果網(wǎng)絡(luò)識(shí)別TMSI號(hào)碼，接續(xù)流程可以繼續(xù)；若不能識(shí)別TMSI（MS從一個(gè)位置區(qū)進(jìn)入另一個(gè)位置區(qū)），就會(huì)要求MS重新上報(bào)IMSI號(hào)碼。若該號(hào)碼有效，通信繼續(xù)，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)還會(huì)給該移動(dòng)用戶分配一個(gè)新的TMSI號(hào)碼。這個(gè)接續(xù)過程緊跟在A接口的第一個(gè)L3消息之后。

6.3重新分配TMSI
無論當(dāng)前MS使用的TSMSI是否能被系統(tǒng)識(shí)別，出于對(duì)用戶身份保密的考慮，在每次通信時(shí)，網(wǎng)絡(luò)部可為 MS重新分配一個(gè) TMSI。TMSI的重新分配過程一般是在加密完成之后，SETUP建立之前。對(duì)應(yīng)于TMSI重新分配命令，MS有一個(gè)回應(yīng)的TMSI分配完成消息。

6.4提前發(fā)送功率控制信息
根據(jù)系統(tǒng)配置，MS可以決定在AUTHREQ后是否上報(bào)MS的處理能力，消息名稱為CLASSMRAKCHANGE，內(nèi)容與建立指示中的一樣，只是更詳細(xì)說明了MS支持的加密算法。在建立指示中，只說明是否支持A5／1、A5／2和A5／3 ；而在CLAMARK－CH中，進(jìn)一步說明是否支持 A5／4～A5／7算法。網(wǎng)絡(luò)收到此消息后先回送 MSPWRCTRL消息，說明MS可使用的功率范圍，以及與此MS相應(yīng)的TRX所需的發(fā)射功率。在加密過程中，使用加密算法的信息，MS是否需要提前發(fā)送這條消息，由網(wǎng)絡(luò)側(cè)的系統(tǒng)消息3說明