GSM信令和協議

05-22

GSM信令和協議

來自專欄像新手一樣拚命學習協議，饑渴而貪婪

首先我們需要將GSM大概的結構圖拿出來

Um 介面是MS 和 BTS 之間的介面，手機與網路的唯一介面，BTS 會轉發手機發的消息給MSC BSC，這種方法稱為DTAP（Direct Transfer Application Part）

Um 介面是在在無線信道上建立物理層，設計了很多邏輯信道，分為廣播信道通用信道專用信道，對應不同的幀，就是不同的邏輯信道映射到物理信道上

Um 介面數據鏈路層為LAPDm協議

Um 介面的第三層信令包含了無線資源管理RRM 移動管理 MM 連接管理 CM

Abis 介面

BTS和BSC介面，物理層是PCM傳輸，數據鏈路層是LAPD協議傳送，不是LAPDm協議，LAPDm 是在LAPD協議上修改的

介面的第三層主要包括基站管理（BTS Management BTSM）和RRM

A介面

A介面是BSC 和MSC 之間介面，MSC 可以和BSS系統通信

A介面的物理層和Abis介面一樣為2M的PCM傳輸

A介面的數據鏈路層基於7號信令系統的MTP2層

A介面的網路層由MTP3和SCCP共同組成

A介面比Um介面和Abis介面比較複雜，因為多了一個用戶層，A介面的用戶層傳遞BSSMAP（Base Station Subsystem Manageement Application Part 基站子系統管理應用部分）和DTAP（Direct Transfer Application Part 直接傳送應用部分），看下這張圖，A介面中沒有RRM，在BSSMAP中，負責信道指配、尋呼、切換等典型的RRM功能

B介面，VLR相當與用戶數據的臨時存儲器，MSC作為呼叫控制的核心部分，每次呼叫自然少不得去VLR取數據，MSC和VLR有大量的信息交互，B介面用於MSC向VLR查詢MS當前的位置信息（VLR向MSC返回LAI ）或者通知VLR更新MS當前的位置信息，或者用於補充業務操作

C介面，MSC 與HLR匯金的介面，C介面使用MAP信令，MSC 通過C介面向HLR查詢被叫移動台的路由信息，HLR提供路由功能，即漫遊號碼MSRN

D介面 HLR和VLR之間的介面，使用MAP信令，主要用與HLR和VLR之間交換位置信息和用戶信息，MS漫遊到VLR轄區後，通過位置更新VLR知道來了新用戶，VLR根據MS的IMSI知道MS屬於哪個HLR，然後向該HLR索取信息。同時刪除之前所在VLR的數據

E介面 MSC和MSC之間的介面，主要作用用于越局切換和建立呼叫接續E介面使用TUP信令和ISUP信令

F介面（沒有使用）用於檢測IMEI 設置黑名單

GSM與其他網路的介面

GSM中的GSMC（網關移動交換中心）和其他網路OLMN PSTN ISDN 通信，採用七號信令

Um空中介面、 Abis介面、A介面（三個比較重要的介面）

1. 物理層

Um介面的物理層是TDMA幀，Abis介面採用的是2Mbit/s 的PCM的線路

2.數據鏈路層

Um介面的數據鏈路層為LAPDm協議，它是在LAPD協議上修改而來的，修改的目的減少不必要的欄位節省開銷，比如說 LAPDm協議和通常的數據鏈路層協議：一、它不需要進行定位，GSM採用時隙對信號定位，二它採用了卷積碼進行信道編碼，因此不再需要數據鏈路進行信號的定位幀校驗

Abis介面採用的是LAPD幀，和一般的數據鏈路層的幀一樣，LAPD幀是有定位和幀校驗的

LAPD和MTP-2都是採用的HDLC（High-Level Data Link Controller 高級數據鏈路控制）幀的方式

01111110 8bit 標識信號的開始和結束，為了防止內容中出現這種序列虛假的開始和結束，數據鏈路層引入0bit 插入機制

對於LAPDm幀由於空中介面可以用時隙號保護間隔和TA值來對信號進行精確定位，能從時間上把信號進行分隔，所以不需要這個標識符

LAPD幀和MTP-2一樣，採用循環校驗來進行錯誤檢測，LAPD幀和MTP-2幀都不是採用前像糾錯，必須通過後向糾錯，有些糾錯是無意義的，比如測量報告，其中一個錯了並不影響

根據LAPDm和LAPD幀分成兩類，一種是不需要糾錯的，稱為非證實模式，只發送一次。第二種需要糾錯的為證實模式，通過重發數據來糾正這個錯誤的幀

系統怎麼知道是證實模式和非證實模式，設置兩條消息，為SABM （設置非同步平衡模式）和UA（無編號證實）發送端發出一條SABM幀，接收端收到一條UA幀，這樣兩邊的計數同步了，進入了證實模式。當釋放已經建立的證實模式的時候，通過DISC幀和UA幀的消息來對釋放所佔用的資源

LAPD和LAPDm使用的幀類型有3種 I幀（編號的消息幀）S幀（監督幀） U幀（無編號信息幀並有控制功能）

S幀很大程度上是用於流量控制的，流量控制也是數據鏈路層的功能。它可以採用RNR「停」和RR「走」兩種模式來對流量進行控制

信息幀用來傳遞數據，信息幀有很多種，Um，就有信令和短消息業務。用SAPI（Service Access Point Indicator 業務接入點識別符）進行區分信令和用戶的短消息，SAPI=0 是對應信令 SAPI=3 對應著短消息業務

Abis 介面顯得稍複雜，有3中不同的消息，無線信令，設備的操作和維護消息，還有鏈路管理消息。也用SAPI，SAPI=0 對應無線信令 SAPI=62 對應才做和維護 SAPI=63 對應第二層的管理信令，SAPI =0 對應著信令

BTS 對應著不同載頻要有不同標識，用TEI（Terminal EndPoint Identifier ）進行區分

LAPD 和LAPDm幀結構如圖，LAPDm幀是沒有FCS欄位和FLAG欄位

網路層 Um介面的第三層協議和Abis 的BTSM

RRM MM CM 這3中消息屬於信令，SAPI都等於0 ，沒辦法區分，所以引入協議鑒別器（Protocol Discriminator ，PD）

MM上面是CM 可以區分出3個業務呼叫控制（Call Controller CC）補充業務（SS Supplementary Services）簡訊（SMS ），PD 可以搞清楚處於哪一層，但是具體業務區分需要TI（Transaction Identifier 事務處理標識）

RRM 建立和維護一條MS 和MSC無線鏈路，RRM負責廣播，廣播系統消息，告訴MS有哪些頻點可以選擇，還有位置區信息LAC 號 CI號，還有其他參數用來決定鏈路資源，接下來MS 會進行隨機接入信道（RACH），打電話，首先申請信道，然後根據網路資源狀況，如果可以就分配「立即指配」指令，反之「立即指配拒絕」，剛開始分配的是最窄的SDCCH信道，然後系統根據各項信息評估需要更寬的TCH信道，如果想要變換道路，就會進行發送信道模式修改，下髮指配命令，指配TCH信道，TCH信道不行就會會切換另外的TCH信道，切換標準根據不斷進行的測量報告 RRM還有加密的功能

RRM連接建立後，接下來就是MM，第一個工作就是記錄移動台的當前位置和開關機狀態，這樣就知道MS的位置和狀態，這就是等級消息，另一個而工作就是對MS鑒權，判斷是否是合法用戶，就是鑒權請求，如果是可以分配一個TMSI號，可以作為用戶IMSI號代替，然後就是業務請求「CM業務請求」

Abies 介面的基站管理（BTS Management BTSM層）

BTSM用於支持分配傳輸路徑和測試報告處理，其承載當時是LAPM信令協議。Abis 介面BTSM分為4個子層

無線鏈路層管理（RLM Radio Link Layer Management） RLM 子層消息用於BSC控制LAPDm鏈路的連接，大多數無線介面上的層3信令都通過子層進行傳送
專用頻道管理（DCM Dedecated Channel Management ）DCM 子層對專用信道DCCH進行管理和分配，這些消息包含信道激活、信道釋放、功率控制、加密、測量結果和模式改變
公共信道管理（CCM Common Channel Management ）CCM子層對公共信道CCCH進行管理和分配這些消息包括Paging 信道，BCCH系統消息、信道釋放、立即指配命令
無線收發器管理（TRXM TRX Management）TRXM子層對無線收發信機進行管理，該曾消息只在BTS和BSC之間進行傳送

上面4個消息，RLM負責維持路況保證第二層工作正常，DCM和CCM顯然是RRM的活，建立和維護一條MS和MSC鏈路。至於TRXM，就是對硬體的管理。

Abis 引進消息鑒別器（Message Discriminator MD）區分

A介面的協議

A 介面的MTP-1 MTP-3 以及SCCP層和TCAP層

A介面在用戶部分上傳的是BSSAP協議，BSSAP分為BSSMAP消息和DTAP消息，兩者主要區別BSSMAP 消息在BSC內部進行處理。DTAP是完成MS到MSC直接傳遞功能，BTS和BSC製作轉發。，一層協議不止一個，就需要設置鑒別參數，8bit 的數據，去分兩種協議，鑒別參數是0 說明是BSSMAP消息為1 說明是DTAP消息

BSSMAP消息分為兩類

第一類用於MSC-BSC 和RRM無關，只用於MSC和BSC兩個設備的管理和查詢一些東西。

第二類與專用信道緊密相連，屬於典型的RRM，用於專用信道上的初始化MS消息，指配無線信道TCH消息、發送切換消息，發送用於專用信道釋放的消息

DTAP 消息

用於完成移動管理消息MM和呼叫控制消息CC，直接轉發消息

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