第4章 GSM网络的信令及协议

1、第第4 4章章GSMGSM网络的信令与协议网络的信令与协议信令是通信系统中不同设备之间交换信令是通信系统中不同设备之间交换的信息，是控制通信设备动作的信号。在的信息，是控制通信设备动作的信号。在通信网中，信令由网络的每一个节点来分通信网中，信令由网络的每一个节点来分析处理，由此，实现一系列的控制操作。析处理，由此，实现一系列的控制操作。所谓接口，就是两个相邻实体之间的所谓接口，就是两个相邻实体之间的连接点，而协议是说明连接点上交换信息连接点，而协议是说明连接点上交换信息时需要遵守的规则。两个实体要实现正常时需要遵守的规则。两个实体要实现正常通信必须通过接口传递特定的信息流，这通信必须通过接口传

2、递特定的信息流，这种信息流必须按照规定的语言传递，双方种信息流必须按照规定的语言传递，双方才能相互了解。才能相互了解。因而，一种协议在传递过程中要经过因而，一种协议在传递过程中要经过若干个接口，而同一个接口也要用到多种若干个接口，而同一个接口也要用到多种协议。协议。本章主要对本章主要对GSM网络的信令与协议进网络的信令与协议进行介绍，主要包括以下几方面的内容：行介绍，主要包括以下几方面的内容： 信令系统；信令系统； GSM协议集；协议集； 无线接口信令协议；无线接口信令协议； Abis接口的分层结构；接口的分层结构； A接口的分层结构。接口的分层结构。A接口的分层结构接口的分层结构4.5MAP

3、与与INAP4.6信令系统信令系统4.1GSM协议集协议集4.2无线接口信令协议无线接口信令协议4.3Abis接口的分层结构接口的分层结构4.4信令在通信网中是个很重要的概念，信令在通信网中是个很重要的概念，简单地说它是一种机制，通过这种机制，简单地说它是一种机制，通过这种机制，构成通信网的用户终端以及各个业务节点构成通信网的用户终端以及各个业务节点可以互相交换各自的状态信息和提出对其可以互相交换各自的状态信息和提出对其他设备的接续要求，从而使网络作为一个他设备的接续要求，从而使网络作为一个整体运行。整体运行。所以，信令是用户以及通信网中各个所以，信令是用户以及通信网中各个节点相互交换信息的共

4、同语言，是整个通节点相互交换信息的共同语言，是整个通信网的神经系统，是通信网必不可少、非信网的神经系统，是通信网必不可少、非常重要的组成部分。常重要的组成部分。1通信网络的通信网络的OSI七层模型七层模型国际标准化组织（国际标准化组织（International Organization for Standardization，ISO）提出的提出的“开放系统互连参考模型开放系统互连参考模型”（Open System Interconnection，OSI）把通信过）把通信过程分成一系列具有功能特征并可以写成操程分成一系列具有功能特征并可以写成操作标准的层。作标准的层。这些层的范围从第一层可感知

5、的物理这些层的范围从第一层可感知的物理层一直到最高第七层的应用层，如图层一直到最高第七层的应用层，如图4-1所所示。示。 图图4-1分层通信的分层通信的OSI模型模型图图4-2对等层通信的原语对等层通信的原语图图4-3物理层物理层SAP2No.7信令系统信令系统No.7信令是国际化、标准化的通用公信令是国际化、标准化的通用公共信道信令系统，具有信道利用率高、信共信道信令系统，具有信道利用率高、信令传送速度快、信令容量大的特点，它不令传送速度快、信令容量大的特点，它不但可以传送传统的中继线路接续信令，还但可以传送传统的中继线路接续信令，还可以传送各种与电路无关的管理、维护、可以传送各种与电路无关

6、的管理、维护、信息查询等消息，而且任何消息都可以在信息查询等消息，而且任何消息都可以在业务通信过程中传输。业务通信过程中传输。可支持可支持ISDN、移动通信、智能网等、移动通信、智能网等业务的需要，由于其信令网与通信网分离，业务的需要，由于其信令网与通信网分离，便于运行维护和管理，可方便地扩充新的便于运行维护和管理，可方便地扩充新的信令规范，适应未来信息技术和各种业务信令规范，适应未来信息技术和各种业务发展的需要，是通信网向综合化、智能化发展的需要，是通信网向综合化、智能化发展的不可缺少的基础支撑。发展的不可缺少的基础支撑。No.7信令系统遵循严格的等级关系，信令系统遵循严格的等级关系，下一级

7、为上一级服务，上一级不管其下层下一级为上一级服务，上一级不管其下层是怎样进行信息传递的，也就是所谓的透是怎样进行信息传递的，也就是所谓的透明传输，即通信双方的对等功能级一一对明传输，即通信双方的对等功能级一一对应，完成这一级别的信息传输和交换。应，完成这一级别的信息传输和交换。（1）消息传递部分（）消息传递部分（MTP），），MTP的主要功能是在信令网中提供可靠的的主要功能是在信令网中提供可靠的信令信息的传送。信令信息的传送。 信令数据链路级信令数据链路级MTP1 信令链路级信令链路级MTP2 信令网功能级信令网功能级MTP3 （2）用户部分（）用户部分（UP） 图图4-4No.7系统与系统与

8、OSI七层模型的对应关系七层模型的对应关系3ISDN的信道结构与用户接口的信道结构与用户接口协议协议ISDN的信道结构如图的信道结构如图4-5所示，其中所示，其中GSM系统用到的系统用到的LAPD是是D信道的链路层信道的链路层协议，其功能如下：协议，其功能如下：（1）在同一）在同一D信道上建立一个或多信道上建立一个或多个数据连接，并使它们相互独立地工个数据连接，并使它们相互独立地工作；作；（2）以帧为单位传送控制信息及用）以帧为单位传送控制信息及用户信息，能进行帧的分界和定位，即户信息，能进行帧的分界和定位，即实现收发间的同步，并保证信息的透实现收发间的同步，并保证信息的透明传送，保证接收的帧

9、顺序和发送的明传送，保证接收的帧顺序和发送的帧顺序一致；帧顺序一致；（3）能进行差错控制和流量控制。）能进行差错控制和流量控制。另外，另外，LAPD提供两种信息传输方提供两种信息传输方式式非证实信息传输方式和证实信息输非证实信息传输方式和证实信息输方式。方式。 图图4-5用户网络接口协议结构用户网络接口协议结构4.2.1GSM网络中的协议网络中的协议图图4-6GSM网络中的协议网络中的协议4.2.2GSM系统的接口系统的接口接口是指各组成单元之间的物理上和接口是指各组成单元之间的物理上和逻辑上的连接。逻辑上的连接。NSS部分的部分的B、C、D、E、F、G接口定义了相应功能单元之间的互连接口定义

10、了相应功能单元之间的互连标准，各接口都采用了标准，各接口都采用了No.7信令系统，以信令系统，以便于实现国际漫游和通信网互连。便于实现国际漫游和通信网互连。BSS和和MS两部分有两部分有A、Um、Abis接接口等，其中口等，其中A接口和接口和Um接口具有统一和公接口具有统一和公开的标准，既便于设备制造和组网，也有开的标准，既便于设备制造和组网，也有利于各种利于各种ISDN业务的引入和功能发展，业务的引入和功能发展，Abis接口是内部接口，目前还没有统一和接口是内部接口，目前还没有统一和公开的标准，所以公开的标准，所以BSC和和BTS配置不能实配置不能实现多厂家设备互连。现多厂家设备互连。1Um

11、接口接口Um接口是空中无线接口，是移动台接口是空中无线接口，是移动台（MS）和）和BTS之间的通信接口，用于移动之间的通信接口，用于移动台与台与GSM系统的固定部分之间的互通。系统的固定部分之间的互通。 2Abis接口接口Abis接口为接口为BSS系统的两个功能实体系统的两个功能实体BSC与与BTS之间的通信接口。之间的通信接口。3A接口接口BSS部分与部分与MSC之间的接口为之间的接口为A接口。接口。 4B接口接口B接口为接口为MSC与与VLR之间的接口，它之间的接口，它主要用于主要用于MSC向向VLR询问有关移动台当前询问有关移动台当前位置信息、通知位置信息、通知VLR有关移动台的位置更有

12、关移动台的位置更新信息等，或者用于补充业务的操作等。新信息等，或者用于补充业务的操作等。 5C接口接口C接口是接口是MSC与与HLR之间的接口。之间的接口。 6D接口接口HLR与与VLR之间的接口称为之间的接口称为D接口，接口，该接口主要用于交换位置信息和用户信息。该接口主要用于交换位置信息和用户信息。 7E接口接口MSC与与MSC之间的接口称为之间的接口称为E接口，接口，此接口用于移动台在呼叫期间从一个此接口用于移动台在呼叫期间从一个MSC区域移动到另一个区域移动到另一个MSC区域、为了通话的区域、为了通话的连续而进行的局间切换，以及两个连续而进行的局间切换，以及两个MSC间间建立用户呼叫接

13、续时传递的有关信息。建立用户呼叫接续时传递的有关信息。8F接口接口MSC与与EIR之间的接口为之间的接口为F接口，此接口，此接口在接口在MSC检验移动台检验移动台IMEI的合法性时的合法性时使用。使用。F接口使用接口使用MAP信令。信令。9G接口接口G接口是接口是VLR之间的接口，当移动用之间的接口，当移动用户漫游到新户漫游到新VLR区域并以区域并以TMSI启动位置启动位置更新时，更新时，VLR使用使用G接口向前一个接口向前一个VLR获获取该取该MS的的IMSI和相应的鉴权信息。和相应的鉴权信息。10NSS或或BSS与与OMC之间的接之间的接口口该接口是基于该接口是基于X.25的接口或的接口或

14、No.7信令信令网的接口，执行网的接口，执行TMN Q3协议。协议。 图图4-7无线空中接口无线空中接口Um图图4-8无线无线Um接口三层结构接口三层结构1物理层（物理层（L1）这是无线接口的最底层，用来提供传这是无线接口的最底层，用来提供传送比特流所需的物理链路（例如无线链送比特流所需的物理链路（例如无线链路），它为高层提供各种不同功能的逻辑路），它为高层提供各种不同功能的逻辑信道，包括业务信道和控制信道。信道，包括业务信道和控制信道。2链路层（链路层（L2）本层的主要目的是在移动台和基站之本层的主要目的是在移动台和基站之间建立可靠的专用数据链路，第二层的数间建立可靠的专用数据链路，第二层的

15、数据链路层协议基于据链路层协议基于ISDN的的D信道链路接入信道链路接入协议（协议（LAPD），因为在），因为在GSM规范中对它规范中对它进行了修改，使它适合在无线路径上传播，进行了修改，使它适合在无线路径上传播，因此在因此在Um接口中的第二层协议被称为接口中的第二层协议被称为LAPDm。图图4-9LAPD和和LAPDm的帧结构的帧结构3网络层（网络层（L3）第三层是具体负责控制和管理的协议第三层是具体负责控制和管理的协议层，即把客户和系统控制过程的特定信息层，即把客户和系统控制过程的特定信息按一定的协议分组安排到指定的逻辑信道按一定的协议分组安排到指定的逻辑信道上。上。（1）无线资源管理（）

16、无线资源管理（RM） （2）移动性管理（）移动性管理（MM） （3）接续管理（）接续管理（Connection Management，CM） （4）呼叫控制（）呼叫控制（CC） （5）补充业务（）补充业务（SS） （6）短消息业务（）短消息业务（SMS） 1物理层物理层Abis接口的物理层是接口的物理层是PCM传输，即物传输，即物理连接通过标准的理连接通过标准的2.048Mbit/s或或64kbit/s的的PCM数字传输链路来实现。数字传输链路来实现。2链路层链路层在在BSC和和BTS的的Abis接口的链路层上，接口的链路层上，以以ISDN的的D信道链路接入协议（信道链路接入协议（Link A

17、ccess Procedures for D-Channel，LAPD，见见GSM08.56）传送信息。）传送信息。Abis接口支持下列消息：接口支持下列消息：（1）在手机和网络之间进行交换的）在手机和网络之间进行交换的高层消息，即信令消息；高层消息，即信令消息；（2）网络对）网络对BTS基站的维护管理消基站的维护管理消息；息；（3）BTS和和BSC内部的管理消息。内部的管理消息。图图4-10SAPI接入点接入点3网络层网络层Abis接口的网络层是通过基站管理层接口的网络层是通过基站管理层（BTS Management，BTSM）和）和RR进行进行控制的。控制的。BTSM用于支持分配传输路径和

18、用于支持分配传输路径和测量报告处理，其承载方式是测量报告处理，其承载方式是LAPD信令信令协议。协议。图图4-11Abis接口上的四层信令接口上的四层信令（1）无线链路层管理（）无线链路层管理（Radio Link Layer Management，RLM）（2）专用信道管理（）专用信道管理（Dedicated Channel Management，DCM）（3）公共信道管理（）公共信道管理（Common Channel Management，CCM）（4）无线收发器管理（）无线收发器管理（TRX Management，TRXM）1物理层（物理层（L1）A接口的物理层是基于数字传输接口的物理层

19、是基于数字传输2.048Mbit/s的的PCM链路，除有一定数目的链路，除有一定数目的话音话音/数据信道外还有传送信令的时隙，有数据信道外还有传送信令的时隙，有关呼叫、切换及释放等信令数据通常都可关呼叫、切换及释放等信令数据通常都可使用此信道。使用此信道。2链路层（链路层（L2）A接口的链路层基于接口的链路层基于No.7信令系统的信令系统的MTP2。3网络层（网络层（L3）A接口的网络层由接口的网络层由MTP3和和SCCP共同共同组成。组成。4应用层应用层A接口在用户部分上传送的是基站子接口在用户部分上传送的是基站子系统应用层系统应用层BSSAP协议和协议和Um 3层信令。层信令。图图4-12

20、BSSAP消息传送过程消息传送过程（1）基站子系统管理应用部分）基站子系统管理应用部分（BSSMAP）（2）直接传送应用部分（）直接传送应用部分（DTAP）（3）CM、MM和和RR层层1移动应用部分（移动应用部分（Mobile Application Part，MAP）移动应用部分（移动应用部分（MAP）是公用陆地移）是公用陆地移动网（动网（PLMN）在网内和网间进行互连而）在网内和网间进行互连而特有的一个很重要的功能单元，它的功能特有的一个很重要的功能单元，它的功能是是GSM各网络实体之间为完成移动台的自各网络实体之间为完成移动台的自动漫游功能而提供的一种信息交换方式。动漫游功能而提供的一种

21、信息交换方式。 2智能网应用部分（智能网应用部分（Intelligent Network Application Part，INAP）移动智能网是在现有移动网上增加一移动智能网是在现有移动网上增加一些网络功能单元，如业务控制点（些网络功能单元，如业务控制点（Service Control Point，SCP）、业务管理点）、业务管理点（Service Management Point，SMP）、业）、业务管理接入点（务管理接入点（Service Management Access Point，SMAP）、业务生成环境）、业务生成环境（Service Create Environment，SCE）等。）等。将业务控制功能从传统的交换功能中将业务控制功能从传统的交换功能中分离出来，使网络能够灵活方便地提供新分离出来，使网络能够灵活方便地提供新业务，以适应用户的需求。业务，以适应用户的需求。小结小结 （1）信令是通信系统中不同设备之间）信令是通信系统中不同设备之间交换的信息，是控制通信设备动作的信号。交换的信息，是控制通信设备动作的信号。接口代表两个相邻实体之间的连接点，协接口代表两个相邻实体之间的连接点，协议说明连接点上交换信息时需要遵守的规议说明连接点上交换信息时需要遵守的规则。则。 （2）No.7信令是国际化、标准化的公信令是国际化、标准化的公共信道信令系统，它按分层结