GPRS业务信令流程.ppt

gprs信令流程 gprs系统结构 btssgsn ggsn bsc msc/vlr gi gn gr gs gb gn a hlr ip network gprs backbone bg other plmn gp pcu sgsn ggsn gn gn bg ss7 um abis mum接口 ms完成与gprs网络的通信，完成分组数据传送、移动性管理、会话管 理、无线资源管理等多方面的功能。 mgb接口 通过该接口sgsn完成同bss系统、ms之间的通信，以完成分组数据传送、 移动性管理、会话管理方面的功能。该接口是gprs组网的必选接口。 gi接口 gi接口是gprs与外部分组数据网之间的接口。gprs通过gi接口和各种公 众分组网如internet或isdn网实现互联，在gi接口上需要进行协议的封装/ 解封装、地址转换、用户接入时的鉴权和认证等操作。 mgn接口 gn接口是grps支持节点间接口，即同一个plmn内部sgsn间、sgsn和ggsn 间接口，该接口采用在tcp/udp协议之上承载gtp的方式进行通信。 mgs接口 sgsn通过gs接口和msc配合完成对ms的移动性管理功能，包括联合的 attach/detach、联合的路由区/位置区更新等操作。sgsn还将接收从msc来 的电路型寻呼信息，并通过pcu下发到ms。 m其他接口 gr、gd、gp、gc、gf。 主要接口功能 传输平面 m物理层 分为无线射频层和物理链路层 ml1bis、l1、l2协议 在gprs规范中没有规定，各厂商的解决办法可能不同。 mrlc/mac rlc为上层业务提供可靠的无线链路，mac层负责处理信道定 位和复用，rlc/mac层共同形成了具有um接口的osi第二层协议，使 用物理链路层提供的业务。 mns ns属于传输bssgp协议数据单元。它建立在bss和sgsn之间帧 中继连接的基础之上，并且可以穿越帧中继交换节点网络。 gprs数据传输平台 mbssgp 在下行链路中，由sgsn向bss提供实现rlc/mac功能所需的无 线信息；在上行链路中，由bss向sgsn提供从rlc/mac得到的无线信 息，并使两个不同的节点（bss和sgsn）实现节点管理功能。该层 传送bss和sgsn之间的路由相关和qos相关信息，不执行纠错。 mrelay bss里的relay的功能是中继um和gb接口之间的llc pdu。sgsn里 的relay的功能是中继gb和gn接口之间的pdp pdu。 mllc 提供移动台和sgsn之间可靠保密的逻辑链路，该层独立于下 层无线接口协议，llc层有确认模式和非确认模式两种转发模式。 msndcp 承担了在网络层和底层之间映射和压缩以及分段，排序和复 用，属于网络层协议。主要功能有：复用多个pdp；压缩/解压缩用 户数据和协议控制信息；将网络协议数据单元（n-pdu）分割成逻 辑链路控制协议数据单元（ll-pdu），或是反向重装。 gprs数据传输平台 mgtp 该协议支持gprs骨干网各支持节点之间的数据和信令传输，所有的ptp pdu pd都要用gtp封装。 mudp/tcp 传输层协议，建立端到端连接的可靠链路，tcp具有保护和流量控制功 能，确保数据传输的准确，tcp是面向连接的协议。udp则是面向非连接的 协议，udp不提供错误恢复能力，也不关心是否已正确接收了报文，只充当 数据报的发送者和接收者。 mip 用于路由用户数据和控制信令的gprs骨干网协议。gprs骨干网最初会 基于ip版本4协议，最终会用版本6。 gprs数据传输平台 gprs信令平面 ms-sgsn sgsn-hlr/eir/smssgsn-msc/vlr gsn-gsn ggsn-hlr t = ptcch, i= idle frame b0 - b11 = radio blocks gprs信道52复帧结构 52 tdma frames b0b1b2tb3b4b5 i b6b7b8tb9b10b11i tdma frame rlc block 除了分组随机接入信道和ptcch/u外，其他分组逻辑信道的基本组成单位都是 block，block的占用次序是这样规定的：(b0, b6, b3, b9, b1, b7, b4, b10, b2, b8, b5, b11)。 q pdch 帧结构 l一个52复帧包括12个无线块 l电路域中一个tdma帧分为8个时隙 l分配给gprs 的时隙称为pdch l多个时隙可组合为一个pdch组，每pdch组最多可包含8个时隙 l无线资源分配和无线传输以无线块（block）为基本单位 l一个无线块时长包括4个tdma帧，为用户占用的最小单位 l剩下4个burst用于测量、上报ta l若干用户争抢这些数据块，从宏观上实现分组共享目的 um接口帧结构 52复帧描述 分组逻辑信道 gprs逻辑信道类型 分组数据信道（pdch） l分为分组业务信道和分组控制信道 分组业务信道(pdtch) l单向业务信道：pdtch/u，pdtch/d 分组控制信道 l广播控制信道：pbcch l公共控制信道：ppch，prach，pagch，pnch（发送通知信息） l专用控制信道：pacch，ptcch/u（用来估计ta），ptcch/d（发 送ta更新信息） 分组逻辑信道（pdch）组合 l 方式1：pbcchpccchpdtchpacchptcch； l 方式2：pccchpdtchpacchptcch； l 方式3：pdtchpacchptcch。 其中 pccch = ppch + prach + pagch + pnch。 小业务量 l 在gprs业务量不大的情况下，一般小区内gprs与电路业务共用 bcch和ccch，此时小区内仅需要信道组合方式3。 随着业务量的增大 l 小区内需要配置分组公共信道，需要增加信道组合方式1和2。 gprs逻辑信道类型 ms多时隙能力的概念 l定义要素：最大接收时隙数（下行时隙）、最大发射时隙数（上行 时隙）、最大总时隙数 l定义：多时隙能力等级129；等级数越大，多时隙能力越强 影响ms多时隙能力的因素 l是否能同时发送和接收 l考虑ms做邻近小区测量、收发信机发射和接收准备等时间要求 l跳频对时间要求影响的考虑 l实现时的目标市场细化的考虑 bss应根据ms的多时隙能力、请求的qos以及当前资源配置情况进行最 优资源分配。 ms的多时隙能力 cs ps ps ps cs cs ps cs speech call 1 speech call 2 speech call 3 gprs user 1 gprs user 2 gprs user 3 gprs user 4 ts0 ts1 ts2 ts3 ts4 ts5 ts6 ts7 gprs user 5 gprs user 6 idle pdtch信道分配 采用静态pdch的原因 l保证小区中的gprs ms时常在线 l保证gprs业务一定的qos 采用动态pdch的原因 lgprs与gsm共享无线资源 l优先保证话音业务的qos的情况下考虑无线资源的最优利用 l一个小区中的分组交换业务与电路交换业务的比例时常在变化 l动态pdch对话音业务不可见 pdtch信道分配 c/i载干比(db) 0 5 10 15 20 25 04812162024 cs1 cs2 cs3 cs4 典型城区,移动速度每小时3公里 分组数据传输 q一个pdch可以为多个ms使用；一个ms可以同时使用多个pdch b1b2b3b4b5b6b7b8b9b10b11b0 b1b2b3b4b5b6b7b8b9b10b11b0 b1b2b3b4b5b6b7b8b9b10b11b0 ms1ms3ms2 gprs无线接口原理分组数据传输 gprs移动性管理（gmm） 移动性管理专用流程 附着/分离 周期性位置/路由区更新 正常的位置区/路由区更新 移动性管理通用流程 鉴权 p-tmsi重分配 身份识别 移动性管理连接管理流程 连接的建立和释放 移动性管理概念和流程 一般功能 gprs附着：建立起mm上下文，mm状态转为就绪 gprs分离：删除mm上下文，mm状态转为空闲（ ms发起或 网络发起） 安全功能：鉴权、加密、标识校验等 位置管理：正常/周期性路由区更新、小区更新 网络特定功能 与hlr配合进行gmm上下文清除 用户数据管理 ms类标处理 与msc/vlr配合进行联合位置更新、联合寻呼等 移动性管理的主要功能 gmm状态 l空闲：gmm上下文未建立，ms不可及 l待命：gmm上下文已建立，ms可接收寻呼，但 不能进行数据传送；知道手机所在路由区 l就绪：ms可以进行数据传送；知道手机所在 小区 gmm上下文 lms相关标识 lgmm状态 lms的位置信息（路由区标识、小区标识） l当前服务sgsn的地址、vlr编号(ms only) l加密算法、鉴权参数 gmm中ms的状态 q空闲状态（idle） 在gprs空闲状态中，用户没有激活gprs移动性管理 。ms和sgsn环境中没有存储与这个用户相关的有效 的位置信息或路由信息。因此在这个状态下不能进 行与用户有关的移动性管理过程, ms无法进行数据 传输，也不能接收gprs寻呼消息。 在这个状态下，ms完成plmn选择、gprs选择和重选 择过程。ms通过执行gprs激活过程在ms和sgsn中建 立mm环境。 q等待状态（standby） 在等待状态下，在ms和sgsn中的mm环境已经创建了用户的 imsi，此时可以接收寻呼消息，不能发送分组数据。 在 sgsn中，如果它收到了ms对寻呼的回应信息，其mm状态也会 转变到就绪状态。同样，当数据或信令从ms处发送时，ms的 mm状态会改变到就绪状态。相应地，当sgsn收到ms发来的数 据和信令时，其mm状态也会改变到就绪状态。 ms可以运行gprs断开(detach)过程进入空闲状态。 l当ready state timer超时； lsgsn 知道ms的路由信息； lms可以接收寻呼消息； lms可以进行路由更新 gmm状态 就绪状态（ready） 在就绪状态下，sgsn mm环境会包含ms所在的小区信息。在就绪 状态下，ms可以收发ptp pdu。就绪状态由一个计时器监控，当 就绪状态计时器超时时，mm环境就会从就绪状态转移到等待状态 。ms可以启动一个gprs业务断开过程，来实现从就绪状态向空闲 状态的转移。 l当完成gprs附着时； lsgsn知道ms的cell id； lms可以接收和发送ptp数据； lms可以进行小区更新 gmm状态 gprs移动性管理idle/standby/ready状态转换 attach信令流程 detach信令流程 手机发起 sgsn发起 hlr发起 位置管理 m小区更新：小区标识改变而路由区标识未改变 m路由区更新：路由区标识改变 l sgsn内的路由区更新 l 跨sgsn的路由更新 m联合路由区/位置区更新 lsgsn内的联合ra/la更新 l跨sgsn的ra/la更新 m周期性位置更新 1. routing area update request 3. routing area update accept 2. security functions msbsssgsn 4. routing area update complete 路由更新流程（intra sgsn） msbssnew sgsnhlrggsnold sgsnmsc/vlr 2. sgsn context response 4. security functions 1. routing area update request 2. sgsn context request 5. update pdp context request 5. update pdp context response 6. update location 9. update location ack 11. routing area update accept 10. location updating request 10. location updating accept 7. cancel location 7. cancel location ack 8. insert subscriber data ack 8. insert subscriber data 12. routing area update complete 3. forward packets 路由更新流程（inter sgsn） 联合位置更新流程 bscsgsn 1. 1. ra1 1. 发送 llc pdu 在同一rac中从一 个小区到另外一 个小区 小区更新流程 gprs移动性管理路由区更新（rau ） la ra cell rai = mcc + mnc + lac + rac gprs会话管理 qgprs签约数据中可以包括一个或多个pdp地址，每个 pdp地址对应有一个pdp上下文 qsm管理实体： sgsn、ggsn和ms qpdp内容： mpdp类型、地址(动态/静态)、状态 mapn mnsapi m激活/未激活两种状态 mpdp上下文与mm上下文的关联唯一性 pdp上下文状态迁移 pdp上下文激活：ms发起或网络发起，pdp上下文状态迁移为active 鉴权 sgsn经过apn分析推导出ggsn地址 qos协商、地址分配、启动计费等 pdp上下文修改 pdp上下文中的某些参数（如服务sgsn、qos）需要改变时执行该 规程 pdp上下文去激活 ms发起或网络发起，pdp上下文状态迁移为inactive 删除pdp上下文 回收动态pdp地址 二次激活 在一个pdp地址上可以有多个通过而起激活流程产生的pdp上下文 ，这些上下文用tft进行区分和标识 sm管理主要功能 pdp激活流程：ms发起 ms发起 网络发起 pdp上下文的去激活 手机上网流程共分三个步骤： 附着 pdp激活 上网 手机上网流程 attach_request (imsi) triplet request authentication update_location sgsn hlr gprs手机附着 insert_subscriber_data update_location_ack attach_accept (tlli) ms tlli activate_pdp_context_req (nsapi1,type + of pdp , apn, qos) dns_query (apn) dns_response (ip of ggsn) dnssgsn pdp激活 create_pdp_context response (ip ) activate_pdp_context_accept (ip ) create_pdp_context_req (type, apn, qos) tid1 create_pdp_txt ggsn ip ggsn sgsn pdp激活 tlli imsi nsapi + imsi tid nsapi tlli nsapitlli user packet user packet user packet tidggsn pdp network (ip/x.25) ggsnsgsn gprs手机数据发送 gprs的接入和数据传输 temporary block flow 数据传输在rlc层上是通过tbf来实现的，上下行tbf是相 互独立的，一个tbf可以包含很多llc帧 tbf由tfi来标识，tfi的长度为7 bits，它在rlc层数据 传输中相当于ms的标识，因此在一个小区中不可能有两个 ms同时拥有相同的上行或下行tfi 对于rlc层来说，gprs的接入过程实际就是申请和分配 tfi的过程，ms在得到tfi后，所有rlc数据块的头信息里都 包含有该tfi的值，直到该tbf的结束。 gprs上行接入 oone phase ms在信道请求中会说明请求1个或多个pdch信 道，系统根据该信道请求分配相应数量的pdch和上行 tfi o two phase 系统根据信道请求先分配给ms保留的pdch信 道，ms用该pdch发送packet resource request消 息，该消息包含详细的资源请求信息，系统再根据这 些信息通过packet uplink assignment给ms指配上 行tfi 和要求的pdch one phase 接入 two phase 接入 gprs上行数据传输中的mac mode gprs是一种分组数据业务，用户对信道的占用 是共享式的，允许多个用户使用一个pdch信道 来传输数据，为了避免在该pdch的上行数据传 输中发生碰撞，mac层必须合理的进行资源分 配，使不同用户在不同的rlc block上传输数 据，这样，从一段时间来看，这些用户的数据 传输是同时进行的。 mac层进行资源分配的方式有两种：fixed 和 dynamic fixed方式下的资源分配 在fixed方式下，immediate assignment 或 packet uplink assignment消息中会有一个alloaction bitmap，规定了ms在哪个时隙的哪些block中可 以发送数据。如果分配的block数目不够，ms可 以从这些已分配的block上发送请求以申请更多的 资源 dynamic方式下的资源分配 系统在下行发出 usf (uplink state flag) 值 ，宣告哪一个 移动台可以在下一个时段传输数据块。 gprs上行数据传输 gprs 寻呼 gprs下行数据传输 gprs数据传输中 ta的获取 初始ta值的估计 系统发送packet polling message 要求ms 上发access burst用于初始ta值的估算； 在immediate assignment中不发送初始ta 值，并指示ms在从连续的ta更新过程中获 得ta值之前不进行上行数据的发送； 使用默认的ta值作为初始ta，这适用于小 区半径不是很大区