网优详细GSM通信流程培训教程

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课程说明
课程介绍
GSM通信流程包括两方面的内容：呼叫基本流程，信令基本流程。

其中，呼叫流程主要包含：移动主叫流程，移动被
叫流程，汇接呼叫流程。

信令基本流程主要包含：鉴权流程，位置登记流程，呼叫重建流程，BSC内部切换流程，BSC
间切换流程，MSC间切换流程，移动始发短消息流程，移动终结短消息流程，定向重试流程。

这些流程从系统的角度描述了移动用户经常发生的行为，描述了GSM的几个组成部分在呼叫流程、信令流程中的相互
关系，对移动性特征做重点说明。

课程目标
本课程的重点是介绍GSM系统的协同工作过程，涉及内容包含：呼叫、位置更新、切换、短消息。

对流程的介绍突出
了移动特征，具体的信令细节本课程不做描述，可以参考ETSI的GSM规范获得更加详细的内容。

通过学习本课程，可以基本掌握：
⌧移动用户做位置登记的信令过程；
⌧移动用户做主叫的信令过程；
⌧移动用户做被叫的信令过程；
⌧MSC做汇接呼叫的信令过程；
⌧BSC内切换信令过程；
⌧BSC间切换的信令过程；
⌧MSC间切换的信令过程；
⌧呼叫重建的信令过程；
⌧定向重试的信令过程。

对这些信令流程学习之后，对GSM系统的原理会有更加深刻的了解，对每个功能实体（MS，BTS，BSC，MSC，VLR，
HLR）的功能有更加深刻的体会。

相关资料
ETSI关于GSM的规范，主要是：GSM0408，GSM0808，GSM0902。

第一节呼叫过程的信令分析
对一次发生在移动用户间的呼叫来说，信令流程可以分为三个相对独立的部分：
⌧主叫移动用户部分
⌧被叫移动用户部分
⌧拆线部分
1.1 主叫信令流程
移动用户做主叫时的信令过程从MS向BTS请求通道开始，到主叫用户TCH指配完成为止。

一般来说，主叫经过几个大
的阶段：接入阶段，鉴权加密阶段，TCH指配阶段，取被叫用户路由信息阶段。

⌧接入阶段主要包括：信道请求，信道启动，信道启动响应，立即指配，业务请求等几个步骤。

经过这个阶段，手机
和BTS（BSC）建立了暂时固定的关系。

⌧鉴权加密阶段主要包括：鉴权请求，鉴权响应，加密模式命令，加密模式完成，呼叫建立等几个步骤。

经过这个阶
段，主叫用户的身份已经得到了确认，网络认为主叫用户是一个合法用户，允许继续处理该呼叫。

⌧TCH 指配阶段主要包括：指配命令，指配完成。

经过这个阶段，主叫用户的话音信道已经确定，如果在后面被叫
接续的过程中不能接通，主叫用户可以通过话音信道听到MSC的语音提示。

取被叫用户路由信息阶段主要包括：向HLR请求路由信息；HLR向VLR请求漫游号码；VLR回送被叫用户的漫游号码；
HLR向MSC回送被叫用户的路由信息（MSRN）。

MSC收到路由信息后，对被叫用户的路由信息进行分析，可以得到被
叫用户的局向。

然后进行话路接续。

主叫过程的信令流程如后面的图所示。

注意:
应该注意的是：从VLR到HLR/AUC取鉴权集的过程不是必须的。

VLR到HLR/AUC取鉴权集时，HLR每次送5组，本次使用一组，另外4组保存在VLR中供后续的鉴权过程使用。

只有当VLR中的鉴权集
使用完毕，VLR才发起向HLR/AUC取鉴权集的过程。

另外，如果MSC通过对被叫用户的MSRN的分析得知被叫用户是本局用户，那么就不会向其它MSC发送初始地址消息
（IAI/IAM），而是根据被叫用户的位置区直接通知本局BSC对被叫用户发起寻呼。

如果被叫用户非本局用户，则通过
信令路由分析，通过适当的链路向目的MSC发IAI消息，以建立话路。

主叫接入阶段、鉴权阶段主要信令：
当用户输入被叫号码完毕按下发射按纽后，手机（以下以MS代替）将进行一系列动作，首先MS将在随机接入通道（RACH）向BSS发送信道请求消息，以便申请一个专用通道（SDCCH），BSC为其分配相应的通道成功后，在接入允许通道(AGCH)中通过立即分配消息通知MS为其分配的专用通道，随后MS将在为其分配的SDCCH上发送一个层三消息---CM业务请求消息，在该消息中CM业务类型为移动发起呼叫，该消息被BSS透明的传送至MSC，MSC收到CM业务请求消息后，通过处理接入请求消息通知VLR处理此次MS 的接入业务请求，（同时，由于在BSC和MSC之间用到了SCCP有连接服务，为建立SCCP连接，MSC还将向BSC回连接确认消息），收到业务接入请求后，VLR将首先查看在数据库中该MS是否有鉴权三参组，如果有，将直接向MSC下发鉴权命令，否则，向相应的HLR/AUC请求鉴权参数，从HLR/AUC得到三参组，然后再向MSC下发鉴权命令。

MSC收到VLR发送的鉴权命令后，通过BSS向MS下
发鉴权请求，在该命令中含有鉴权参数，MS收到鉴权请求后，利用SIM卡中的IMSI和鉴权算法，得出鉴权结果，通过鉴权响应消息送达MSC，MSC将鉴权结果回送VLR，由VLR 核对MS上报的鉴权结果和从HLR取得的鉴权参数中的结果，如果二者不一致，拒绝此次接入请求，此次呼叫失败；如果二者一致则鉴权通过，鉴权通过后，VLR将首先向MSC下发加密命令，然后通知MSC该MS此次接入请求已获通过，MSC通过BSS通知MS业务请求获得通过，然后MSC向MS下发加密命令，该命令内含加密模式，MS收到此命令并完成加密后，回送加密完成消息，到此MS完成了整个接入阶段的工作。

TCH指配阶段、取被叫漫游号码阶段主要信令：
经过接入阶段和鉴权加密过程后，主叫用户的合法身份已经得到确认，已经接入了网络，为继续进行呼叫，需要更为
详细的信息，按照规范，此时MS将发送一个set up消息，在此消息中，携带有被叫号码和主叫标识等更为详细的信息，MSC收到此
消息后，首先通过S.I.F.O消息向VLR查询该用户的相关业务信息，VLR根据此次业务类别和开户时MS已经申请的业务信息，决定此
次呼叫是否可以继续，如果可以继续，通过完成呼叫消息向MSC回送该用户数据，MSC收到该信息后，通过呼叫继续消息，经BSS通
知MS呼叫在继续处理之中，然后，根据A接口电路情况，向BSC发送指配请求消息，在该消息中选定某条A接口电路，BSC收到该指令
后，向BTS、MS指定无线资源，MS收到该指令后，占用成功回送分配完成消息，到此TCH指配阶段完成，本局的无线资源和A接
口电路均已成功分配。

MSC收到MS上报的指配完成消息后，进行被叫分析，根据被叫号码，寻址到HLR，发送路由信息请求消息，HLR收到
该消息后，根据被叫IMSI查询得到被叫所在的VLR，向被叫所在的VLR请求漫游号码，被叫所在的VLR在受到请求漫游
号码消息后，为对应的MS分配MSRN，然后在请求漫游号码响应消息中回送给HLR，HLR得到该MSRN后，想主叫所在
MSC发送路由信息响应消息，MSC从该消息中得到被叫的MSRN，根据MSRN进行局间中继选路，并向被叫所在的MSC
发送IAI消息。

至此主叫信令流程基本结束。

1.2 被叫信令流程
对移动用户来说，被叫的过程从MSC向BSC发起对被叫用户的寻呼开始，到主叫和被叫通话为止。

一般来说，被叫流程
经过几个大的阶段：接入阶段，鉴权加密阶段，TCH指配阶段，通话阶段。

接入阶段主要包括：手机收到BTS的寻呼命令后，信道请求，信道启动，信道启动响应，立即指配，寻呼响应。

经
过这个阶段，手机和BTS（BSC）建立了暂时固定的关系。

⌧鉴权加密阶段主要包括：鉴权请求，鉴权响应，加密模式命令，加密模式完成，呼叫建立。

经过这个阶段，被叫用户的身份已经得到了确认，网络认为被叫用户是一个合法用户。

⌧TCH指配阶段主要包括：指配命令，指配完成。

经过这个阶段，被叫用户的话音信道已经确定，被叫振铃，主叫听回铃音。

如果这时被叫用户摘机，主被叫用户进入通话状态。

⌧通话阶段主要包括：计费命令等。

被叫接入阶段、鉴权阶段主要信令流程
当一个端局MSC收到它局发送的IAI消息后，为了确定被叫用户是否能够接受此次呼叫，MSC会首先通过S.F.I.C消息向相应的VLR查询有关该被叫用户的用户信息，如果VLR通过查询用户信息，发现该用户可以接受此次呼叫(未关机且允许接受呼叫)，会向MSC发送寻呼命令消息，在该消息中，含有用户的位置信息（LAI），MSC收到此信息后，查询数据，得到控制此位置区的BSC的信令点编码，向相应的BSC下发寻呼命令，BSC通知所控制的BTS在寻呼通道（PCH）下发寻呼消息。

手机一直在侦听该通道，当收到寻呼自身的消息后，在随机接入通道（RACH）上报寻呼响应消息，（由于在A接口用到了SCCP的有连接服务，所以寻呼响应同时被视为SCCP的连接建立请求消息，MSC的SCCP层对应的应该回一个连接证实消息），同时MSC向VLR发送处理接入请求消息，VLR 首先启动鉴权流程，查看该用户的鉴权参数组，如果VLR中没有该用户的鉴权三参组，VLR会发起向HLR取鉴权参数的过程（详细过程可以参见主叫用户的接入过程中的鉴权过程），否则VLR会直接向MSC发送启动鉴权消息，在启动鉴权消息中含有该用户的一个鉴权三参组（RAND，KC，SERS），MSC收到该消息后，会继续通知对应的BSC、BTS下发鉴权命令，MS收到鉴权请求后，根据SIM 卡中的KI，计算出对应的SERS，之后，将SERS在鉴权响应消息中上报MSC，MSC回送至VLR，VLR收到鉴权响应消息后，核对上报的SERS和从HLR得到的三参组中的SERS是否一致，如果一致，向MSC发送接入请求接受消息，通知MSC该用户的此次接入请求被接受。

并通过完成呼叫消息向MSC回送被叫的用户信息；如果不一致，此次呼叫将被拒绝。

被叫TCH指配阶段、通话阶段主要信令流程：
MSC收到完成呼叫消息后，向BSS侧发送SETUP消息，提示将建立呼叫，MS收到该消息后，回送呼叫证实消息，之后，MSC选择相应的A接口电路，向对应的BSC发送指配请求消息，BSC根据资源情况分配相应的无线资源，并通知MS，MS占用成功后回送指配完成消息，同时被叫MS开始震铃，向其所在MSC回震铃消息，该MSC向主叫所在MSC回地址全消息，主叫所在MSC向MS发送被叫震铃消息，此时主机用户可以听到回铃音；被叫用户如果决定接受此次呼叫，按应答按纽，此动作被手机翻译成为CONNECT消息，向MSC
发送，MSC收到该消息后，向主叫MSC发送应答消息（ANC），主叫MSC收到此消息后，向主叫MS发送连接建立请求消息，主叫MS 相应的向主叫所在MSC回连接证实消息，此消息经被叫MSC传送至被叫MS，于是，本此呼叫开始通话，双方进行通话。

1.3 拆线部分
拆线部分相对而言是个很独立的过程，不管是主叫先发起还是被叫先发起，流程基本是类似的：拆线、释放、释放完成、清
除、清除完成，不同之处仅在于交换局之间的TUP消息略有不同。

主叫先拆线：
在拆线阶段，手机用户的挂机动作被手机转换为拆线消息（Disconnect）,经BTS、BSC向MSC传送，MSC收到拆线请求之后，有两个
动作：向BSC下发释放命令（Release）；同时MSC需要向被叫所在的MSC发送前向拆线TUP消息请求。

此后，主叫方和被叫方的拆线
过程将分别进行：
主叫所在MSC在收到拆线消息后，首先向MS发送DTAP消息REALSE命令，MS去活本次呼叫占用的所有通道，并发送释放完成消息确认，网络侧则会在本端释放所占通道以便可以分配给其它呼叫连接使用；之后，MSC向BSS发送BSSMAP消息CLEAR COMMAND，指示应该释放无线资源，BSS收到CLEAR COMMAND 消息后，开始清除无线接口，同时将分配给此次呼叫的地面资源均标示为空闲，向MSC发送CLEAR COMPLETE ，MSC收到CLEAR COMPLETE 消息后，释放地面资源。

被叫所在MSC收到CLF消息后，向主叫所在MSC会释放保护消息，同时启动本局资源释放流程：MSC向MS发送DTAP消息REALSE命令，MS去活本次呼叫占用的所有通道，并发送释放完成消息确认，网络侧则会在本端释放所占通道以便可以分配给其它呼叫连接使用；之后，MSC向BSS发送BSSMAP消息CLEAR COMMAND，指示应该释放无线资源，BSS收到CLEAR COMMAND 消息后，开始清除无线接口，同时将分配给此次呼叫的地面资源均标示为空闲，向MSC发送CLEAR COMPLETE ，MSC收到CLEAR COMPLETE 消息后，释放地面资源。

被叫先挂机：
1.4 移动呼叫移动（主叫、被叫在同一个MSC内）
MS
BSS MSC VLR
(HLR)(AUC)
BSS MS
1.5 移动呼叫移动（主叫、被叫在不同的MSC内，拆线过程略）
1.6 移动呼叫固定用户
CBK(清后向/释放消息)
1.7 固定用户呼叫移动用户（经GMSC到VMSC）
GMSC AUC HLR VLR MSC BSS MS(B)
PSTN EXC
EXC GMSC AUC HLR VLR MSC BSS MS(B)
1.8 固定用户呼叫移动用户(PSTN直接与VMSC相连,VMSC兼做GMSC)
EXC
GMSC VLR HLR AUC BSS(B)BS(B)
SDCCH
EXC GMSC VLR HLR AUC BSS(B)MS(B)
1.9 呼叫过程的异常流程：VLR 返回一个否定的摲梦是肭笙
MS-A
BSS
UM
MSC
BSSAP A
VLR
MAP B
PROC_ACCESS_REQ （处理接入访问请求）
PROC_ACCESS_REJECT
接入访问请求的否定确认(在“访问请求”消息的返回中获得一个否定结果，否定原因可能为：
－－未知用户(UNKNOWN SUBSCRIBER)
－－非识别用户(UNIDENTIFIED SUBSCRIBER )
CM SERVICE REJECT(呼叫业务拒绝)
CLEAR清除命令
(释放有关专用信道资源)CLEAR COMP清除完成(完成有关专用信道资源释放)
1.10 呼叫过程的异常流程：移动用户不允许呼出
BSSAP MAP
1.11 呼叫过程的异常流程：移动用户话音信道分配失败
BSSAP
1.12 呼叫过程的异常流程：对被叫移动用户选路失败
BSSAP MAP 当呼叫一个MS 时，为了确定被叫MS 当前所在位置，GMSC （或MSC ）首先向HLR 请求到到被叫MS 所在MSC 的路由信息，此时如果HLR 发生选路失败，流程如下:
1.13 呼叫过程的异常流程：从被叫用户所在局收到TUP失败信号
当呼叫接续处理到访问被叫用户，发送IAM后收到对局发回的失败信号
BSSAP TUP/ISDN
SSB被叫忙 TUP
1.14 呼叫过程的异常流程：被叫用户关机
被叫用户MS－B已关机，则在VLR中设置了IMSI分离标志，那么HLR请求MSRN时，VLR因该MS已有分离标志而作MSRN
分配失败。

HLR则返回一个“MSRN请求驱穸ǖ慕峁.
如果被叫用户MS-B和主叫用户MS-A在同一个MSC内；
BSSAP MAP
如果被叫用户MS-B和主叫用户MS-A在不同的MSC内：
BSSAP MAP
TUP/ISDN
TUP/ISDN 被叫虽然关机（VLR 中设置了IMSI 分离标志），但具有前转业务并且又处激活状态的情况下，本呼叫接续通过前转仍可接通。

1.15 呼叫过程的异常流程：VLR指示被叫用户不可能接入
如果VLR收到的来话用户不可能接入，如该用户呼叫被禁止或VLR收到非期望值时，则本次呼叫释放。

MS-B与MS-A在同MSC内：
BSSAP MAP
1.16 呼叫过程的异常流程：无寻呼回应
MS-B和MS-A在同一个MSC内：
BSSAP MAP
MS-B和MS-A在不同MSC内：
BSSAP TUP/ISDN MAP
MS-B登记了不可及前转业务的情况：（前转至移动用户）
TUP/ISDN
1.17 呼叫过程的异常流程：被叫用户忙
主被叫MS在同一MSC内：
B S S A P M A P
主被叫MS在不同MSC内
BSSAP TUP/ISDN MAP
MS-B前转业务活动的情况
TUP/ISDN
1.18 呼叫过程的异常流程，被叫侧无线话务通道指配失败
被叫MS-B和主叫MS-A在同MSC内：
BSSAP BSSAP
1.19 呼叫过程的异常流程，MS-B久叫不应
1.20 呼叫过程的异常流程：释放异常
BSSAP BSSAP
1.21 用户早释
移动用户无拨号早释。

在呼叫接续处理过程中用户可能早释，早释发生时，MS发出摱狭玛信号(discconect)发向网络，网络在呼叫处理的不同阶
段接收到该摱狭玛消息即进入释放处理，释放呼叫。

释放过程的信号流程参见正常的释放情况。

小结
本节课主要描述了移动用户的呼叫过程的信令流程，包括移动主叫，移动被叫，汇接呼叫。

应该能够掌握各种呼叫过
程的信令流程，如移动呼叫固定用户，固定用户呼叫移动用户，TMSC的汇接呼叫过程的信令流程。

对各种异常流程应
该有一定认识，特别是资源的释放过程。

第二节鉴权
2.1 鉴权原理和操作机制
鉴权是通过比较MS提供的鉴权回应和AUC提供的鉴权三参数组之间是否一致进行判断的，通过鉴权，可以防止非法用
户（比如盗用IMSI和KI复制而成的卡）使用网络提供的服务。

首先明确MS中SIM卡和AUC中存贮的信息：
⌧SIM卡中：
固化数据：IMSI，Ki，A3、A8安全算法。

这些内容不会更改。

临时的网络数据TMSI，LAI，Kc，被禁止的PLMN
业务相关资料
⌧AUC中：
用于生成随机数(RAND)的随机数发生器
鉴权键Ki
各种安全算法，这些安全算法和SIM卡中的算法相一致。

AUC的基本功能是产生三参数组(RAND、SRES、Kc)，其中：
⌧RAND由随机数发生器产生；。