GSM协议栈
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各个子层间的关系类似于OSI参考标准的高层和低层间 的关系，但是没有封装的过程。CM的消息可以透明地 通过MM层和RR层。 第三层消息的结构：
－区分多个事物同时发生的事务标识符
－指出消息来自哪个子层的协议辨别标记 －消息类型 －长度固定的必要消息元素 －长度变化的必要消息元素
－非必要消息元素
23
Transaction identifier
包括： －终端 (terminal) －终端适配器 (Terminal Adapters, TAs) －网络终止设备 (Network-Termination devices) －线路终止装置 (Line-Termination Equipment)
－交换终止装置 (Exchange-Termination Equipment)
13
bit
8
7
6
5
4
3
2
1
byte number 1 2 3 4
Address field Control field Length indicator
Information field
Filling bits
23 (21 bytes on SACCH)
图１１－４
LAPDm帧的格式
8
7
6
5
4
3
2
20
SAPI=0 (信令) 非连接 连接
SAPI=3 (短消息) 连接
SDCCH
辅助的SACCH FACCH 辅助的SACCH
是
是 是 是
是
是
是 是
表１１－２
SAPI和不同逻辑信道上LAPDm的应用
•空中接口的第三层 －RR －MM －CM •CC •SS •SMS
22
１.第三层消息的一般结构
第十一章 网络接入协议
1
一、ISDN (Integrated Services Digital Network)
又叫综合业务数字网，是由数字电话和电话载 波提供的数据传输服务组成。ISDN立足于电话 网络数字化，使得语音、数据、文本、图象、 音乐和视频可以在现有的有线电话上传输。
2
•ISDN设备
9
空闲(idle)时，移动台一般不和MSC连接。为 了通信，事先必须： －建立无线连接RR，目的是得到一条专用 信道和网络联系；
－为了保证专用信道上对话的稳定性，还 必须和BTS之间建立一条第二层的连接；
－建立无线连接MM，网络用来对移动台进 行鉴权操作，然后允许移动台通信。
10
Layer 3
physical
36
１.包含的协议： －MTP －SCCP －BSSAP
37
２.BSC和MSC之间转发的消息类型 －被BSC直接翻译(interpreter)的、管理无线 资源的消息(BSSMAP子层)； － 在 MSC 和 移 动 台 之 间 交 换 的 其 它 消 息 (DTAP子层)，BSC不对消息进行翻译。
31
第三层
空中 信令
业务和 维护
第二层 业务和 路管理 维护
业务和 维护
第二层
第一层
图１１－９
Abis接口上SAPI和TEI的使用
•网络层 两种类型的信令消息 －非透明消息：包含BTS和BSC间命令，由 BTSM (BTS Management)层管理。 －透明消息：在MS和BSC或MSC间交换， BTS只是简单的中继作用；
7
ISDN网络
LAPD LAPD
图１１－２
ISDN中的LAPD协议
二、GSM中的协议栈 GSM网络中，移动台中应用了全部的协议，而 网络方面，协议的应用分散在不同的设备中。 －第一层：和无线传输有关的所有方面 －第二层：保证无线传输的稳定性 －第三层：分为三个子层 －CM：Connection Management －MM：Mobility Management －RR：Radio Resource
33
透明消息
含有 －消息类型：指出了空中接口上的传输是连 接模式还是非连接模式 (DATA REQUEST, UNIT DATA REQUEST)；
－信道号码：指出了无线信道上所用的时隙 号 (当多条信道复用在一个时隙上时)；
－链路标识符：指出了传送消息的逻辑信道 和空中接口上所用的SAPI； －第三层的消息：要在空中接口传输的第三 层消息。 34
～基于LAPD协议。 Abis接口支持的消息类型有： －在移动台和网络之间交换的高层消息 (如： 信令消息)
－监控和维护BTS的消息
－BTS-BSC间数据链路管理的消息
30
特点： －与移动台有关的信令消息是在特殊的物 理信道上完成交换的(不跳频时一个给定频 率上的一个时隙)，该频率是由TRX管理的； －所有TRX共有的处理被融合到一个带有 TEI (Terminal Equipment Identity) 的 BCF (Base Common Function) 功能； －(SAPI, TEI)可以指明有关消息的类型、 TRX、BCF。
27
•物理层 包括两种信道： －话务信道：16或64kbps，相当于ISDN中 的B信道 －信令信道：16或64kbps，相当于ISDN中 的D信道。管理MS-BSC间和MS-MSC间或 者BSC-BTS间的信令交换。
28
话务信道(≈B信道)
信令信道(≈D信道)
图１１－８
Abis接口上的信道
•数据链路层
7
6
5
4
3
2
1
L
M
１
L: Length (0＜L≤18 or 0＜L≤20) M: More (0 or 1)
图１１－６
长度域格式
格式 信息帧I
Command I
Response
8
7 N (R)
6
5 P
4
3
2
1 0
N (S)
RR
监督帧S RNR REJ SABM
RR
RNR REJ 0 DM 0 0 0 UA 0
abis接口支持的消息类型有在移动台和网络之间交换的高层消息如信令消息监控和维护bts的消息btsbsc间数据链路管理的消息31特点与移动台有关的信令消息是在特殊的物理信道上完成交换的不跳频时一个给定频率上的一个时隙该频率是由trx管理的所有trx共有的处理被融合到一个带有teiterminalequipmentidentity的bcfbasecommonfunction功能sapitei可以指明有关消息的类型trxbcf
表１１－１
控制域和LAPDm帧的种类
２.工作方式 两种模式： －非连接模式 －要求确认的连接模式(窗口为1)
18
３.多路复用
第二层可以将多条数据流复用到同一条物理信 道上。通过SAPI对它们进行区分，指出传输信 息的内容，然后毫无差错地将它们送往相应的 第三层。
19
４.LAPDm的应用
在GSM的空中接口，SAPI的取值只能为0或者3。 所有的信令消息被送往SAPI0，短消息服务使用 SAPI3 (包括语音和数据)。 为了保证在MS和BTS间短消息传输的可靠性和 快捷性，在SAPI3上总是使用连接模式的。
Air interface
Abis interface
Upper layers
Transparent message
Transparent message
图１１－１０
Abis接口的分配功能
五、A接口在信令方面的应用
～位于BSC和MSC之间，使用SS7。MSC不但 通过语音电路和不同的BSC相连，而且还和信 令信道直接相连。
长度固定必要的消息元素
长度变化必要的消息元素
Information element identifier
Value … Value
非必要消息元素
图１１－７
空中接口第三层消息的简化结构
２.RR子层 ～负责无线连接。主要作用是建立一条专用信 道以及越区切换后专用信道的重新连接。 RR连接是介于MS和BSC之间的，在一个时刻 只能有一条RR连接存在。
38
３.BSSMAP (BSS Management Part)协议 ～管理BSC-MSC间所有和无线资源管理有关 的消息交换。 两种类型的消息： －和BSC相关的消息 －仅仅和专用信道相关的消息
39
和BSC相关的消息 －将BSC和MSC之间有问题的语音链路隔 离； －向BSC申请可用资源； －MSC或BSC的重新初始化； －在一个给定的位置区域广播寻找一移动 台； －如果可能的话，要求BSC将通信从一个分 配的蜂窝小区转移到给定的一组蜂窝小区。
physical
图１１－３
移动台和MSC间主要协议栈
三、移动台中的层结构 •空中接口Um上的数据链路层
数据链路层是基于LAPDm协议的。
－所有的信令逻辑信道(除了FCCH信道、SCH 信道和RACH信道外)都使用了LAPDm； －在单向信道(BCCH信道、PCH信道、AGCH 信道)上，在第二层上传送的第三层消息既不用 添加首部文件，也不用确认。第二层的开发仅 仅是为了附和OSI； － 在 双 向 信 道 (SDCCH 信 道 、 FACCH 信 道 、 SACCH信道)上，使用了与LAPD协议相似的 LAPDm协议。
40
和专用信道相关的消息
－专用信道上，移动台的初始化消息； －TCH信道的分配； －越区切换的执行； －向加密模式转换； －专用信道的释放。
Protocol discriminator
Discriminator=RR, MM, CC, SS or SMS
Message type Value … Value Value … Value Element length Value … Value Element length Value … Value Information element identifier Element length Value … Value
1
Spare
EA: Extended Address (≡1) C/R: Command/Response SAPI: Service Access Point Identifier LPD: Link Protocol Discriminator
LPD
SAPI
C/R
EA=1
图１１－５
地址域格式
8
3
注意：
－TE1：Terminal Equipment type 1, 指的是 专门的ISDN终端。通过一条4线的双绞线数 字链接和ISDN网络相连。 －TE2：Terminal Equipment type 2, 指的是 非ISDN终端，如DTE。TE2通过一个适配 器TA和ISDN网络相连。
4
12
１.LAPDm帧的格式 － 最 大 长 度 固 定 ： 23bytes (SDCCH 信 道 FACCH信道)，或者21 bytes (SACCH信道)； －没有限制帧的标记符，但是有个指出了 帧中有效信息字节数的长度指示； －默认使用"00101011"作为填充字节； －1 byte的地址域； －无检错码；
25
３.MM子层 三个主要功能：
－移动性管理
－安全性管理
－MM连接的管理
MM连接是在CM的请求下(呼叫的发起或者 短消息的发送) 建立的。 MM连接可以在CM请求的服务被接受后或 者加密被激活后当作建立了。
26
四、Abis接口 ～在BTS和BSC中间，支持用户通信和信令 的传输。大部分的信令消息在移动台和BSC 或者MSC间交换：BTS起中继的作用。
•ISDN中的参考点
～定义了功能组之间的逻辑接口。
包括：
－R：非ISDN设备和TA之间。
－S：用户终端和NT2之间。
－T：NT2和NT1之间。
－U：NT1和一个载波网(carrier network)线 路终止装置之间。
5
图１１－１
ISDN中设备和相关点之间的关系
•ISDN中的数据链路层协议LAPD LAPD, Link Access Protocol on the D channel。 该协议和HDLC (High level Data Link Control) 相似：通过标记符来限制帧的边界、检错码、 面向连接模式以及ARQ机制等。 在某个时刻，在一条总线上的所有终端可以同 时和网络建立多个连接，但是只有一台终端可 以发送。每个终端都有一个地址TEI (Terminal End point Identifier)可以识别。该地址可以是动 态的，也可以是静态的。
N (R)
N (R) N (R) 0 0 0 1 1 1 0 0 0 1
P/F
P/F P/F P F P P F
0 0
0 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0
0 1
0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
未编号帧U
UI DISC
SABM: Set Asynchronous Balanced Mode R(N)R: Receive (Not) Ready REJ: Reject DM: Disconnect mode UI: Unnumbered Information UA: Unnumbered Acknowledgement P/F: Polling/Final N(S): Transmitter Send Sequence Number N(R): Transmitter Receive Sequence Number
－区分多个事物同时发生的事务标识符
－指出消息来自哪个子层的协议辨别标记 －消息类型 －长度固定的必要消息元素 －长度变化的必要消息元素
－非必要消息元素
23
Transaction identifier
包括： －终端 (terminal) －终端适配器 (Terminal Adapters, TAs) －网络终止设备 (Network-Termination devices) －线路终止装置 (Line-Termination Equipment)
－交换终止装置 (Exchange-Termination Equipment)
13
bit
8
7
6
5
4
3
2
1
byte number 1 2 3 4
Address field Control field Length indicator
Information field
Filling bits
23 (21 bytes on SACCH)
图１１－４
LAPDm帧的格式
8
7
6
5
4
3
2
20
SAPI=0 (信令) 非连接 连接
SAPI=3 (短消息) 连接
SDCCH
辅助的SACCH FACCH 辅助的SACCH
是
是 是 是
是
是
是 是
表１１－２
SAPI和不同逻辑信道上LAPDm的应用
•空中接口的第三层 －RR －MM －CM •CC •SS •SMS
22
１.第三层消息的一般结构
第十一章 网络接入协议
1
一、ISDN (Integrated Services Digital Network)
又叫综合业务数字网，是由数字电话和电话载 波提供的数据传输服务组成。ISDN立足于电话 网络数字化，使得语音、数据、文本、图象、 音乐和视频可以在现有的有线电话上传输。
2
•ISDN设备
9
空闲(idle)时，移动台一般不和MSC连接。为 了通信，事先必须： －建立无线连接RR，目的是得到一条专用 信道和网络联系；
－为了保证专用信道上对话的稳定性，还 必须和BTS之间建立一条第二层的连接；
－建立无线连接MM，网络用来对移动台进 行鉴权操作，然后允许移动台通信。
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Layer 3
physical
36
１.包含的协议： －MTP －SCCP －BSSAP
37
２.BSC和MSC之间转发的消息类型 －被BSC直接翻译(interpreter)的、管理无线 资源的消息(BSSMAP子层)； － 在 MSC 和 移 动 台 之 间 交 换 的 其 它 消 息 (DTAP子层)，BSC不对消息进行翻译。
31
第三层
空中 信令
业务和 维护
第二层 业务和 路管理 维护
业务和 维护
第二层
第一层
图１１－９
Abis接口上SAPI和TEI的使用
•网络层 两种类型的信令消息 －非透明消息：包含BTS和BSC间命令，由 BTSM (BTS Management)层管理。 －透明消息：在MS和BSC或MSC间交换， BTS只是简单的中继作用；
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ISDN网络
LAPD LAPD
图１１－２
ISDN中的LAPD协议
二、GSM中的协议栈 GSM网络中，移动台中应用了全部的协议，而 网络方面，协议的应用分散在不同的设备中。 －第一层：和无线传输有关的所有方面 －第二层：保证无线传输的稳定性 －第三层：分为三个子层 －CM：Connection Management －MM：Mobility Management －RR：Radio Resource
33
透明消息
含有 －消息类型：指出了空中接口上的传输是连 接模式还是非连接模式 (DATA REQUEST, UNIT DATA REQUEST)；
－信道号码：指出了无线信道上所用的时隙 号 (当多条信道复用在一个时隙上时)；
－链路标识符：指出了传送消息的逻辑信道 和空中接口上所用的SAPI； －第三层的消息：要在空中接口传输的第三 层消息。 34
～基于LAPD协议。 Abis接口支持的消息类型有： －在移动台和网络之间交换的高层消息 (如： 信令消息)
－监控和维护BTS的消息
－BTS-BSC间数据链路管理的消息
30
特点： －与移动台有关的信令消息是在特殊的物 理信道上完成交换的(不跳频时一个给定频 率上的一个时隙)，该频率是由TRX管理的； －所有TRX共有的处理被融合到一个带有 TEI (Terminal Equipment Identity) 的 BCF (Base Common Function) 功能； －(SAPI, TEI)可以指明有关消息的类型、 TRX、BCF。
27
•物理层 包括两种信道： －话务信道：16或64kbps，相当于ISDN中 的B信道 －信令信道：16或64kbps，相当于ISDN中 的D信道。管理MS-BSC间和MS-MSC间或 者BSC-BTS间的信令交换。
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话务信道(≈B信道)
信令信道(≈D信道)
图１１－８
Abis接口上的信道
•数据链路层
7
6
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L
M
１
L: Length (0＜L≤18 or 0＜L≤20) M: More (0 or 1)
图１１－６
长度域格式
格式 信息帧I
Command I
Response
8
7 N (R)
6
5 P
4
3
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N (S)
RR
监督帧S RNR REJ SABM
RR
RNR REJ 0 DM 0 0 0 UA 0
abis接口支持的消息类型有在移动台和网络之间交换的高层消息如信令消息监控和维护bts的消息btsbsc间数据链路管理的消息31特点与移动台有关的信令消息是在特殊的物理信道上完成交换的不跳频时一个给定频率上的一个时隙该频率是由trx管理的所有trx共有的处理被融合到一个带有teiterminalequipmentidentity的bcfbasecommonfunction功能sapitei可以指明有关消息的类型trxbcf
表１１－１
控制域和LAPDm帧的种类
２.工作方式 两种模式： －非连接模式 －要求确认的连接模式(窗口为1)
18
３.多路复用
第二层可以将多条数据流复用到同一条物理信 道上。通过SAPI对它们进行区分，指出传输信 息的内容，然后毫无差错地将它们送往相应的 第三层。
19
４.LAPDm的应用
在GSM的空中接口，SAPI的取值只能为0或者3。 所有的信令消息被送往SAPI0，短消息服务使用 SAPI3 (包括语音和数据)。 为了保证在MS和BTS间短消息传输的可靠性和 快捷性，在SAPI3上总是使用连接模式的。
Air interface
Abis interface
Upper layers
Transparent message
Transparent message
图１１－１０
Abis接口的分配功能
五、A接口在信令方面的应用
～位于BSC和MSC之间，使用SS7。MSC不但 通过语音电路和不同的BSC相连，而且还和信 令信道直接相连。
长度固定必要的消息元素
长度变化必要的消息元素
Information element identifier
Value … Value
非必要消息元素
图１１－７
空中接口第三层消息的简化结构
２.RR子层 ～负责无线连接。主要作用是建立一条专用信 道以及越区切换后专用信道的重新连接。 RR连接是介于MS和BSC之间的，在一个时刻 只能有一条RR连接存在。
38
３.BSSMAP (BSS Management Part)协议 ～管理BSC-MSC间所有和无线资源管理有关 的消息交换。 两种类型的消息： －和BSC相关的消息 －仅仅和专用信道相关的消息
39
和BSC相关的消息 －将BSC和MSC之间有问题的语音链路隔 离； －向BSC申请可用资源； －MSC或BSC的重新初始化； －在一个给定的位置区域广播寻找一移动 台； －如果可能的话，要求BSC将通信从一个分 配的蜂窝小区转移到给定的一组蜂窝小区。
physical
图１１－３
移动台和MSC间主要协议栈
三、移动台中的层结构 •空中接口Um上的数据链路层
数据链路层是基于LAPDm协议的。
－所有的信令逻辑信道(除了FCCH信道、SCH 信道和RACH信道外)都使用了LAPDm； －在单向信道(BCCH信道、PCH信道、AGCH 信道)上，在第二层上传送的第三层消息既不用 添加首部文件，也不用确认。第二层的开发仅 仅是为了附和OSI； － 在 双 向 信 道 (SDCCH 信 道 、 FACCH 信 道 、 SACCH信道)上，使用了与LAPD协议相似的 LAPDm协议。
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和专用信道相关的消息
－专用信道上，移动台的初始化消息； －TCH信道的分配； －越区切换的执行； －向加密模式转换； －专用信道的释放。
Protocol discriminator
Discriminator=RR, MM, CC, SS or SMS
Message type Value … Value Value … Value Element length Value … Value Element length Value … Value Information element identifier Element length Value … Value
1
Spare
EA: Extended Address (≡1) C/R: Command/Response SAPI: Service Access Point Identifier LPD: Link Protocol Discriminator
LPD
SAPI
C/R
EA=1
图１１－５
地址域格式
8
3
注意：
－TE1：Terminal Equipment type 1, 指的是 专门的ISDN终端。通过一条4线的双绞线数 字链接和ISDN网络相连。 －TE2：Terminal Equipment type 2, 指的是 非ISDN终端，如DTE。TE2通过一个适配 器TA和ISDN网络相连。
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12
１.LAPDm帧的格式 － 最 大 长 度 固 定 ： 23bytes (SDCCH 信 道 FACCH信道)，或者21 bytes (SACCH信道)； －没有限制帧的标记符，但是有个指出了 帧中有效信息字节数的长度指示； －默认使用"00101011"作为填充字节； －1 byte的地址域； －无检错码；
25
３.MM子层 三个主要功能：
－移动性管理
－安全性管理
－MM连接的管理
MM连接是在CM的请求下(呼叫的发起或者 短消息的发送) 建立的。 MM连接可以在CM请求的服务被接受后或 者加密被激活后当作建立了。
26
四、Abis接口 ～在BTS和BSC中间，支持用户通信和信令 的传输。大部分的信令消息在移动台和BSC 或者MSC间交换：BTS起中继的作用。
•ISDN中的参考点
～定义了功能组之间的逻辑接口。
包括：
－R：非ISDN设备和TA之间。
－S：用户终端和NT2之间。
－T：NT2和NT1之间。
－U：NT1和一个载波网(carrier network)线 路终止装置之间。
5
图１１－１
ISDN中设备和相关点之间的关系
•ISDN中的数据链路层协议LAPD LAPD, Link Access Protocol on the D channel。 该协议和HDLC (High level Data Link Control) 相似：通过标记符来限制帧的边界、检错码、 面向连接模式以及ARQ机制等。 在某个时刻，在一条总线上的所有终端可以同 时和网络建立多个连接，但是只有一台终端可 以发送。每个终端都有一个地址TEI (Terminal End point Identifier)可以识别。该地址可以是动 态的，也可以是静态的。
N (R)
N (R) N (R) 0 0 0 1 1 1 0 0 0 1
P/F
P/F P/F P F P P F
0 0
0 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0
0 1
0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
未编号帧U
UI DISC
SABM: Set Asynchronous Balanced Mode R(N)R: Receive (Not) Ready REJ: Reject DM: Disconnect mode UI: Unnumbered Information UA: Unnumbered Acknowledgement P/F: Polling/Final N(S): Transmitter Send Sequence Number N(R): Transmitter Receive Sequence Number