学习笔记-GSM无线子系统信令资料

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GSM无线子系统信令
[学习笔记]
编辑整理：Ch3nCha0
2016/9/24
前向关联：3GPP TS 24.008
3GPP TS 23.108
后向关联：学习笔记-OSI与TCP/IP网络模型
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目录
一、BSS系统中的信令应用 (2)
二、BSS系统的信令模型 (3)
3.1.概述 (3)
3.2.物理层 (4)
3.3.链路层 (4)
3.4.网络层 (4)
三、各层信令在BSS系统中的作用 (5)
3.1.无线资源层（RR） (5)
3.2.移动管理层（MM） (6)
3.3.呼叫控制（CC） (6)
3.4.BTS管理层（BTSM） (7)
3.5.BSS 应用层（BSSAP） (8)
PD协议 (9)
四、移动主叫流程 (11)
五、移动被叫流程 (12)
六、位置更新流程 (13)
七、小区内切换流程 (14)
八、小区间切换流程 (15)
九、外部切换流程 (16)
十、定向重试流程 (17)
一、BSS系统中的信令应用
作为GSM移动通信系统，主要实现一种任何时间、任何地点、任何通信对象之间的通信。

那么在这样一个通信过程中，通信对象之间不仅要传送对通信对象有用的语音及数据，还包括一些信令。

在BSS系统中，涉及到的信令如图 1，其主要内容有：
∙七号信令（NO.7）：在MSC和BSC之间传送；
∙D信道的链路接入规程（LAPD）：在BSC和BTS之间传送；
∙Dm信道的链路接入规程（LAPDm）：在BTS和MS之间传送。

图 1 BSS系统中的信令应用
二、BSS 系统的信令模型
3.1. 概述
在GSM 移动通信系统中，BSS 系统的信令模型采用了一般的OSI 七层协议中的低三层协议，从低到高依次包括：
∙ 第一层（L1）：物理层 ∙ 第二层（L2）：链路层 ∙ 第三层（L3）：网络层
BSS 系统的信令模型如图 2。

图 2 BSS 系统信令模型
其中各层协议的含义如下：
∙ LAP_Dm ：Dm 信道的链路接入规程 ∙ RR ：无线资源管理 ∙ CM ：通信管理 ∙ SMS ：短消息管理 ∙ SS ：补充业务管理 ∙ CC ：呼叫管理 ∙ MM ：移动管理
∙ LAPD ：D 信道的链路接入规程 ∙
BTSM ：BTS 管理部分
BTS
MS
BSC MSC
L1
L2L3
∙MTP：消息传送部分
∙SCCP：信令连接和控制部分
∙BSSMAP：BSS管理应用部分
∙DTAP：直接传递应用部分
3.2.物理层
物理层主要负责物理数据单元的无错传送。

在物理层上，定义了传输路径上的电气特性。

在一般系统中， BTS与MS之间的Um接口的物理层采用无线路径，在BTS 与BSC之间的Abis接口的物理层采用在不均衡的75Ω同轴电缆或120Ω双绞线上的2048bps的CEPT数据流。

3.3.链路层
在链路层上，主要功能有：帧传递、无错传送以及通过物理层实现两连接实体之间的比特传送。

在链路层上的任务主要是建立、维持和释放两连接实体之间的连接。

在GSM中，BTS与MS之间的Um接口的数据链路层通过LAPDm（Dm信道的链路接入规程）实现；BTS与BSC之间的Abis接口的数据链路层通过LAPD（D信道的链路接入规程）实现。

3.4.网络层
网络层主要用于建立端到端的连接，并实现寻址和选择路由功能。

在网络层上，它主要负责通过一个任意的网络拓扑结构从目的地取得消息。

在GSM中，网络层可以被分为三个子层：CM层（连接管理层）、MM层（移动管理层）和RR层（无线资源层）。

无线资源层（RR）为移动管理层（MM）提供了一些服务，无线资源层的主要作用包括建立、维持、释放物理连接（比如无线的业务和控制信道）。

无线资源层的一些主要功能在BSC中实现，但部分功能在BTS中实现。

移动管理层（MM）主要用于在网络中的用户设备的注册和用户的鉴别，移动管理层的功能在MSC一侧实现。

连接管理层（CM）是GSM信令模型中的最高一层，这个我们可以从它在信令模型中的位置可以很清楚的看到（在MSC和MS的信令模型结构的最高层）。

在GSM系统中，无线资源层是与用户之间一个基本的接口。

连接管理层又可以被分为三个子层：CC（呼叫控制），主要负责呼叫的建立、维持和释放；SS（补充业务）；SMS（短消息业务）。

三、各层信令在BSS系统中的作用
3.1.无线资源层（RR）
无线资源层（RR）主要负责无线资源的管理和分配。

无线资源层的消息从BTS传送至MS上相应的层，虽然这些消息在Abis接口上出现，但是它们可能包含在更低层的结构中。

下面我们来看看在RR层上的一些消息，具体如表1：
表1 RR层的消息列表
3.2.移动管理层（MM）
移动管理层（MM）在MS和MSC中实现。

移动管理层（MM）主要用于在网络中的用户设备的注册和用户的鉴别，在其它处理中，MM参与到位置更新、鉴权、TMSI再分配等过程中。

下面我们来看看在MM层上的一些消息，具体如表 2：
表 2 MM层的消息列表
3.3.呼叫控制（CC）
在一般的呼叫建立过程中，在Abis接口上生成消息的最后一层是在连接管理层（CM）中的子层呼叫控制（CC）中实现的。

呼叫控制主要负责呼叫的建立、维持和清除。

在CM中的其它两个子层是SS（补充业务）和SMS（短消息业务）。

下面我们来看看在CC子层上的一些消息，具体如表 3：
表 3 CM层中CC子层的消息列表
3.4.BTS管理层（BTSM）
BTS管理层（BTSM）主要负责控制BTS的一些操作。

从RR层来的消息要发送到MS，必须要以一定的消息类型来发送，这个消息类型就是BTSM中的数据请求消息；同样，从MS来的第三层要发送到BTS，也必须要以一定的消息类型来发送，这个消息类型就是BTSM中的数据指示消息。

下面我们来看看在BTSM层上的一些消息，具体如表 4：
表 4 BTSM层的消息列表
3.5.BSS 应用层（BSSAP）
BSSAP层被分为两部分：BSS管理应用部分（BSSMAP）和数据直传应用部分（DTAP）。

其中，BSSMAP部分负责MSC与BSS之间的通讯，DTAP部分负责MSC 与MS上的MM层和CM层之间的消息传递。

DTAP消息将会在CM和MM部分进行处理。

对于BSSMAP消息，由于大多数消息仅仅用于MSC与BSC之间的通信，或在传递至BTS或MS之前已经被BSC改变了消息格式，因此，这部分消息将不会在Abis接口上看到。

下面我们来看看在BSSAP层上的一些消息，具体如表 5：
表 5 BSSAP层的消息列表
PD协议
LAPD用于BTS与BSC之间的Abis接口上的链路层。

LAPD消息一般由一些固定的帧组成，而且这些帧都会形成它自己的帧结构以便在消息传递双方传递数
据。

LAPD上的帧结构有三种：信息帧、监视帧、未编号帧。

下面我们来看看在GSM中LAPD用到的一些帧类型。

SABME帧
当建立LAPD连接时，SABME帧一般是第一个被传递的帧。

当发送完SABME 帧之后，开始多帧证实模式。

当接收端收到SABME帧以后，以前没有被证实的帧将会被忽略。

DISC帧被用于停止多帧的证实模式。

UA帧
当收到SABME帧或DISC帧以后，接收端将发送一个UA帧作为响应，以告诉发送端，刚才发送的SABME帧或DISC帧已经被接收端接收。

I帧
当接收方已经被证实以后，I帧被用于传送信息帧。

在I帧中，也可以包含一些先前接收帧的证实。

RR帧
RR帧主要用于指示让接收端准备去接收一个I帧，同样，RR帧也可以对先前接收帧进行证实。

UI帧
UI帧主要用于发送一些不需要接收端进行证实的消息帧。

比如在LAPDm上的系统消息的广播就是一个UI帧。

SAPI&TEI
对每一层而言，都采用它的低层提供的业务去完成它自身的任务；同时，它又为它的高层提供业务。

层与层之间的业务通过业务接入点（SAP）来实现。

业务接入点指示（SAPI）由6个比特组成，它指示了在单元接入数据链路中的接收实体的地址。

在数据链路的两端（BTS和BSC）采用相同的SAPI值。

下面看一下SAPI的一些具体含义：
SAPI=0 无线信令
SAPI=3 短消息业务
SAPI=62 操作与维护、建链
终端设备识别（TEI）由7个比特组成，它指示了接入一条链路的地址。

由于在大唐的DM系列基站设备中，采用了6个TRX共用一条LAPD链路的方式。

因此，简单起见，采用TEI=TRX号。

四、移动主叫流程
五、移动被叫流程
图 4 移动被叫流程图
六、位置更新流程
图 5 位置更新流程图
七、小区内切换流程
图6小区内切换流程图
八、小区间切换流程
图7 小区间切换流程图
九、外部切换流程
图8 外部切换流程图
十、定向重试流程
MS BTS1BTS2BSC MSC
图9 定向重试流程图。