GSM系統(tǒng)信令接續(xù)流程

文章以MS發(fā)起的主叫通話為例，說明在GSM系統(tǒng)中，實現(xiàn)一次通話所需的信令接續(xù)過程。以應(yīng)用層（L3）的三層連接（RR、MM、CC）為構(gòu)架，對L豹的通信過程進(jìn)行分析，介紹每條信令中的一些主要參數(shù)以及該信令在通話過程中所起的作用。

GSM系統(tǒng)使用類似OSI協(xié)議模型的簡化協(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別單個呼叫。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LAPD和MTP協(xié)議。在Um接口，MS每次呼叫時都有一個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確定的一個隨機(jī)值，使網(wǎng)絡(luò)能區(qū)別不同MS所發(fā)起的請求。RAND有5位，最多可同時區(qū)分32個MS，但不保證兩個同時發(fā)起呼叫的

MS的RAND值一定不同。要進(jìn)一步區(qū)別同時發(fā)起請求的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收到這一請求后，根據(jù)對現(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，Abis接口上的一對應(yīng)答消息CHACT（信道激活）和CHACK（信道激活證實）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T、時間提前量TA等。RA值等于BSS系統(tǒng)收到的某個MS發(fā)送的隨機(jī)值。T是根據(jù)收到CH－REQ時的TD－MA幀號計算出的一個取值范圍較小的幀號。RA和T值都與請求信道的MS直接相關(guān)，用于減少MS之間的請求沖突。TA是根據(jù) BTS收到RACH信道上的CH－REQ信息進(jìn)行均衡時，計算出來的時間提前量。MS根據(jù)TA確定下一次發(fā)送消息的時間提前量。

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，就會在系統(tǒng)所指配的新信道上發(fā)送SABM幀，其中包含一個完整的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層上請求建立一個多幀應(yīng)答操作方式連接的消息。系統(tǒng)收到SANM幀后，回送一個UA幀，作為對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，才認(rèn)為被系統(tǒng)接受。L3消息中包含MS的IMSI，IMSI對每個 MS是唯一的，這可保證在該信道上只有一個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，但對每個呼叫，在L2還要建立一個SCCP的連接。L3消息包含在A接口上SCCP的請求建鏈消息（CR）中傳遞。如請求被允許，A接口的第1條下行消息將包含在SCCP層的連接證實（CC）幀中。對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建立后的第一個步驟是鑒權(quán)（AUTH），即鑒定移動用戶的身份。在AU－THREQ（鑒權(quán)請求）中有兩個參數(shù)：CIP KEY No（加密鍵號）和 AUT RAND（鑒權(quán)隨機(jī)值）Q CIPKEY No與每個MS的密匙Kc相對應(yīng)，由網(wǎng)絡(luò)計算出來送到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計算鑒權(quán)響應(yīng)值SRES。MS的SIM中存有4個與鑒權(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和移動用戶個人鑒權(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AUTH REQ的響應(yīng)值，在AUTH RES中傳遞。網(wǎng)絡(luò)中存儲了與每個 IMSI相對應(yīng)的Ki值，網(wǎng)絡(luò)根據(jù)計算出的SRES值和MS回送的SRES值，可對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MS的身份識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，請求建立呼叫，消息內(nèi)容包括：（1）此次呼叫請求的具體業(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）被叫用戶號碼，包括被叫號碼類型和編碼方案。網(wǎng)絡(luò)收到SETUP消息，若接受請求，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。不同點有：（1）被叫 MS收到網(wǎng)絡(luò)發(fā)出的PAGINC（尋呼）消息后，才會提出信道請求；（2）被叫MS在與網(wǎng)絡(luò)建立CC連接時，先由網(wǎng)絡(luò)發(fā)下行的SETUP消息，MS回送CALLCONF（呼叫證實）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，分別對應(yīng)MS振鈴和用戶搞機(jī)動作。網(wǎng)絡(luò)收到被叫的ALERT消息，再向主叫MS發(fā)送同樣的ALERT消息，使主叫知道當(dāng)前的通話接續(xù)狀態(tài)，即通常打電話時聽到的振鈴聲。收到振鈴聲后，主叫等待被叫摘機(jī)，該動作在信令接續(xù)上反映為CONNECT（連接）消息。完成對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。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，不同點在于指配的發(fā)起是由MSC的ASS－REQ（指配請求命令）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、時隙和跳頻等內(nèi)容。

作者：王嘉華 來源：上海大唐移動通信設(shè)備有限公司