GSM信令流程详解张威

1、AUC鉴权中心BSS基站子系统CKSN流水号GMSC关口移动交换中心HLR归属位置寄存器IMSI国际移动用户识别码ISDN综合业务数字网HON漫游号码Kc加密键LAI位置区标识MS移动用户MSC移动交换中心MSRN漫游号码PSTN公共交换电话网PVLR先前的拜访位置寄存器RACH随机接入信道RAND鉴权随机数RAND/SRES/Kc鉴权三元组SDCCH独立专用控制信道SRES鉴权响应TCH业务信道TMSI临时移动用户识别码TUP电话用户部分VLR拜访位置寄存器VMSC拜访移动交换中心1.1 鉴权一般过程MSBSSMSCVLRHLR/AUCREQUEST(CKSNo,IMSI/TMSI)( 与呼

2、叫建立,位置更新有关的业务请求,补充业务)相关 MAP 消息(CKSNo,IMSI/TMSI)Send parameters(IMSI/TMSI)AuthenticationrequestAuthenticate(RAND,CKSNn)Authentication parameters(RAND/SRES/Kc)(RAND,CKSNn)Authentication response(SRES)Authentication response (SRES)相关的 MAP 消息响应鉴权核对合法用户非法用户成功 : 合法用户失败 : 非法用户:业务请求接收消息:业务请求拒绝消息RESPONSE(相关业

3、务请求接受)合法用户Authentication reject非法用户鉴权异常情况 (一) VLR不认识 TMSIUmBSSAPMAPMAPMSBSSAMSCBVLRDHLR/AUCREQUEST(CKSNo,TMSI)(与呼叫建立 ,位置更新 ,补充业务有关的业务请求 )相关的 MAP 消息(CKSNo,TMSI)*VLR 不认识 TMSI,启动识别过程Identity requestProvide IMSI(TMSI)Identity response (IMSI)IMSI acknowledge(IMSI)Send parameters (IMSI)Authentication para

4、meters (RAND/SRES/Kc)Authentication request (RAND,CKSNn)Authentication response(SRES)Authenticate(RAND,CKSNn)Authentication response(SRES)成功 :合法用户鉴权核对失败:非法用户RESPONSE ( 相关业务请求接受)相关的 MAP 消息响应合法用户 :业务请求接受消息非法用户 : 业务请求拒绝消息Authentication reject合法用户非法用户鉴权异常情况 (二) MS 用TMSI标识时鉴权核对结果异常UmBSSAPMAPMAPMSBSSMSCVL

5、RHLR/AUCABDREQUEST(CKSNo,TMSI)(与呼叫建立 ,位置更新 ,补充业务有关的业务请求 )Authentication request (RAND,CKSNn)Authenticationresponse(SRES) IdentityrequestIdentity response(IMSI)相关的 MAP消息Authenticate (RAND,CKSNn)Aurhentication response(SRES)Provide IMSI(TMSI)IMSI acknowledgeSend parameter(TMSI)Authentication parameter

6、 (RAND/SRES/Kc)鉴权核对结果异常,由于MS 用TMSI 标识 ,因此启动识别过程若MS 提供的 IMSI和VLR 中存储的与 TMSI对应的不相同 ,则继续以下过程 ; 否则作为非法用户处理(IMSI)Send parameters (IMSI)Authentication parametersAuthentication request (RAND,CKSNn)Authenticate (RAND.CKSNn)(RAND/SRES/Kc)成功:合法用户Authentication response(SRES)Authentication response(SRES)鉴权核对失败

7、:非法用户RESPONSE ( 相关业务请求接受) Authentication reject相关的 MAP 消息响应合法用户非法用户合法用户 :业务请求接受消息非法用户 :业务请求拒绝消息位置更新操作 ( 一) 位置更新仅涉及本 VLRUmBSSAPMAPMSBSSAMSCBVLRLocation updating request ( 位置更新类型 ,CKSNo,LAIo,IMSI/TMSI)Authentication requestCOMPLETE L3 INFORMATION(Layer 3信息)(RAND,CKSNn)Update location area (CKSN,LAIo,L

8、AIn,IMSI/TMSI)Authentication(RAND,CKSNn)Authentication response (SRES)Authentication response(SRES)Set cyphering mode(Kc和算法标识符或不进行编码的指示)Forward new TMSI(TMSI)CYPHER MODE COMMAND (Kc,L3头部消息 )Update location area ack.(HLR 号)CYPHER MODE COMPLETELocation updating accept(TMSIn,LAIn)TMSI reallocation comp

9、leteCLEAR COMMAND( 资源释放 )TMSI acknowledge(cause,L3 头部消息 )CLEAR COMPLETE位置更新操作 ( 二)UmBSSAPMAPMAPMSBSSAMSCBVLRDHLR/AUCLocating updatingrequest(IMSI)COMPLETE L3 INFO.Update location area(IMSI)Send parameters(IMSI)AuthenticationrequestAuthenticateAuthentication parameters(RAND/SRES/Kc,IMSI)Authenticatio

10、nresponseAuthentication responseUpdate location Inserte subscriber dataSubscriber data insertion ack.PVLRcancel locationUpdate location ack.(HLR 号 )CYPHER MODE COMMAND CYPHER MODE COMPLETELocation updating accepteTMSI reallocation completeCLEAR COMMAND CLEAR COMPLETESet cyphering modeForward new TMS

11、I Update location area ack.cancel locationack.先前的 VLR 从正在拜访本 VLR 的MS 名单中删除相关的MS数据TMSI acknowledge 位置更新涉及本 VLR 和HLR( 当MS进入新的 VLR 或MS首次登录 ,或相关网络数据丢失后,且MS都使用IMSI 来标识自己 )呼叫接续信号流程 移动用户呼叫移动用户( 主被叫 MS 在同一 MSC 内)( 一)MSaUmBSSaAMSCBVLRDHLR内部接口AUCAUmRACHSDCCH信道请求BSSbMSbCM service request(CKSN,IMSI/TMSI)COMPLET

12、E L3 INFO(包 含 CM service req.)CON_CONF(SCCP接续确认消息 CC)Authentication request(RAND,CKSNn)Process access req.( 包含 CM service req.)Send parameters (IMSI/TMSI)Authentication para.(IMSI,RAND/SRES/Kc)AUT_INFO_REQ AUT_INFO_PROV(IMSI,RAND/SRES/Kc)(内部过程)Authentication response(SRES)CM service acceptCIPHER MOD

13、E COMMAND(Kc)Authenticate (RAND,CKSNn)Authen. res.(SRES)Set cyphering mode Access req. accepted(IMSI/MSISDN)鉴权核对成功启动加密CIPHER MODE COMPLETE呼叫建立Setup (被叫号码MSISDN)Send info. for o/g call setup(包含 service indication,call number)Call proceeding ASSIGNMENTASSIGNMENTREQUESTCOMPLETEComplete Call( 包含所请求的呼叫处理

14、信息基本业务和补充业务Send routing info. (MSISDN,)补充业务信息)VLR 核 对 IMSI分配 MSRNProvide roaming number(IMSI)roaming numberRouting infomation acknowledgesend info.for i/c call setup,VLRpage MS(LAI)为来话发送消息寻呼启动将核对参数PAGINGCOMPLETE L3 INFORMATION (包 含 Page response)Page response呼叫接续信号流程 移动用户呼叫移动用户( 主被叫 MS 在同一 MSC 中)( 二

15、)MSaUmBSSaAMSCBVLRDHLR内部AUC接口ABSSbUmMSb连接证实CON_CONF(SCCP接续确认消息 CC)Process access req.Send para.(IMSI/TMSI)Authen. para.AUT_INFO_REQ AUT_INFO_PROVAuthenticate (RAND,CKSNn)(IMSI,RAND/SRES/Kc)(IMSI,RAND/SRES/Kc)Authentication request(RAND,CKSNn)Authentication response(SRES) Set cyphering modeAccess req

16、uest acceptedAuthentication(SRES)完成呼叫 (回送被叫用户数据)Alerting回铃音ConnectComplete callCIPHER MODE COMMAND(Kc) CIPHER MODE COMPLETE呼叫建立 Setup呼叫证实 Call confirmed ASSIGNMENT REQUEST ASSIGNMENT COMPLETE提醒 Alerting连接 ConnectTCH振铃应答Connectacknowledge网路接续通话连接证实 Connect acknowledge呼叫接续流程 挂机过程UmABDMSaBSSaMSCVLRHLRA

17、UC(一)主叫先挂机断连Disconnect断连 Disconnect释放 ReleaseAUmBSSbMSb释放Release释放完成Release completeCLEAR COMMAND CLEAR COMPLETE(二)被叫先挂机断连Disconnect释放Release释放完成Release completeCLEAR COMMAND释放完成Releasecomplete清除命令CLEARCOMMMAND清除完成CLEARCOMPLETEMSC释放陆地信道和物理连接断连Disconnect释放Release释放完成Release complete清除命令CLEAR COMMANDC

18、LEAR COMPLETE清除完成CLEAR COMPLETEMSC释放陆地信道和物理连接呼叫接续信号流程 固定用户呼叫移动用户( 一)PSTNTUPGMSCAUC内部接口HLRDVLRBVMSCABSSbUmMSbIAM(MSISDN)Send routing infomation(MSISDN, 补充业务信息 )Provide roamingnumberroaming numberRouting information ack.IAM为来话发送信息Send info for i/c (call setup) Page MS(LAI)寻呼PAGINGCOMPLETEL3 INFORMATIO

19、NPage responseAUT_INFO_REQSend parameterProcess access req.连接证实 CON_CONFAUT_INFO_PROV(IMSI,Kc,RAND,SRES)Authentication parameters. (IMSI,Kc,RAND,SRES)Authenticate(启动鉴权 )Authentication request(RAND,CKSNn)Authentication response (鉴权响应 )Authentication response(SRES)呼叫接续流程 固定用户呼叫移动用户( 二)PSTNTUPGMSCAUC内部

20、接口HLRDVLRBVMSCABSSbUmMSb加密启动接收接入请求呼叫完成Set cyphering mode Access request acceptedComplete call(回送用户信息)加密模式命令CIPHER MODE COMMAND)加密模式完成CIPHER MODE COMPLETE呼叫建立Setup呼叫证实Callconfirmed指配请求ASSIGN REQUESTACMANSACMANS指配完成ASSIGN COMPLETE提醒Alerting连接Connect连接证实Connect AcknowledgeTCH振铃被叫应答通话呼叫接续信号流程 固定用户呼叫移动用户

21、的挂机过程PSTNTUPGMSCAUC内部接口HLRDVLRBVMSCABSSbUmMSb(一)固定用户先挂机CLFRLGCLF RLG拆线Disconnect释放Release释放完成Release completeGMSC 释放陆地信道与物理连接CLEAR COMMAND CLEAR COMPLETE清除命令清除完成(二)移动用户先挂机CBK CLFRLGCBKCLF RLG拆线Disconnect释放Release释放完成Release completeGMSC 释放陆地信道与物理连接CLEAR COMMAND CLEAR COMPLETE清除命令清除完成4.1 切换控制流程 同MSC

22、内基站间切换MSCAABSS1BSS2UmUmMSHANDOVER REQUIRED(目标小区表)切换请求HANDOVER REQUEST (PCM&Channel type)切换确认HANDOVER REQUEST ACKNOWLEDGEBSS1 和 MS 间无线传输信号测量(参数 L3 信息携带了无线接口上的HANDOVER COMMAND消息它包含 New TCH 号切换参考号 )切换命令HANDOVER COMMAND( 包含Target channel 并携带了无线接口上HANDOVER COMMAND消息)切换命令 HANDOVER COMMAND(包含 New TCH 号和切换参

23、考号 )通过原 BSS, 让MS 转到新的信道切换检测 HANDOVER DETECT切换检测 HANDOVER DETECT切换完成 HANDOVER COMPLETE切换完成 HANDOVER COMPLETEMS 进入目标小区切换命令证实释放PCMCLEAR COMMAND CLEAR COMPLETE释放资源切换控制流程 基本切换处理移动MSUmAEBBSS1MSCaMSCbAUmMSVLRb无线传输信号测量HANDOVER REQ.Perform handover(MAP)BSS2HANDOVER CMD经原BSS 让MS(全球目标小区表)(全球目标小区标识全球服务小区标识信道类型

24、)(分配切换号码)Radio channel ack.(MAP) ( 包含 New TCH 和HON.)IAMACMHANDOVER COMMANDHANDOVER REQUEST(PCM&Channel type)HANDOVER REQUESTACKNOWLEDGE(包含 New TCH 和切换参考号 ) Allocation handover numberSend handover report (HON.)(发送切换报告)无线信道证实切换检测HANDOVER DETECT切换完成HANDOVER COMPLETE转到新的信道Send end signal(MAP)CLEAR COMMA

25、ND释放 PCM0CLEAR COMPLETE发送结束信号BSS2 新选TCH 连到PCM 电路MS 进入目标小区结束信号ANS释放 (TUP/ISUP)End signal(MAP)拆去 MSCa 和MSCb 的物理连接Handover report释放切换报告切换控制流程 后续切换流程 (MS 离开 MSCb漫游到 MSCb)漫游MSEMSCbMSVLRbMSCaMSCbBSS2VLRbBSS2无线传输信号测量HANDOVER REQUIRED (目标小区表 )执行后续切换 Perform subsequent handover(MAP)(目标小区标识 ,服务小区标识 ,MSC 号)执行切

26、换Perform handover(目标小区标识 , 服务小区标识 ,信道类型 )无线信道证实Radio channnel ack. (MAP) (包含 New TCH 号和 HON.)IAMHANDOVER REQUEST (PCM&Channel type)HANDOVER REQUEST ACKNOWLEDGE (包含 New TCH 号和切换号码 )Allocate handover number(分配切换号码 ) Send handover report(HON) (发送切换报告 )ACM后续切换证实Subsequent handover ack.HANDOVER COMMAND切换

27、命令切换检测HANDOVER DETECT切换完成HANDOVER COMPLETE发送结束信号Send end signal (MAP)ANS结束信号 End signal (MAP)CLEAR COMMAND CLEAR COMPLETE释放切换报告Handover report释放 HON释放 (TUP)拆去 MSCa 和MSCb 的物理连接结束信号 End signal (MAP)释放 (TUP/ISUP)释放切换报告Handover report拆去MSCAa 和MSCb 的物理连接释放 HONDTAP 消 息移动管理 MM 消息消息名传递方向功能鉴权拒绝Authentication

28、 rejectTo MS向MS指明鉴权已经失败鉴权请求Authentication requestTo MS网络启动 MS鉴权鉴权响应Authentication responseTo Network将计算出的鉴权响应 SERS传送到网络CM重建请求CM Re-establishment requestTo Network若前一个连接失败 ,MS请求重建一个连接CM业务接受CM service acceptTo MS网络向 MS指明已经接受请求的业务CM业务拒绝CM service rejectTo MS网络向 MS指明不能提供请求的业务CM业务请求CM service request识别请求

29、Identity requestTo NetworkTo MSMS请求连接管理 (CM) 子层实体业务网络请求 MS提供标识识别响应Identity responseTo NetworkMS提供标识给网络IMSI 分离指示IMSI detach indicationTo Network在网络中设置此 MS处于非活动状态位置更新接受Location updating acceptTo MS网络通知 MS位置更新或 IMSI 附着已经完成位置更新拒绝Location updating rejectTo MS网络通知 MS位置更新或 IMSI 附着失败位置更新请求Location updating

30、requestTo NetworkMS请求位置更新或 IMSI 附着MM 状态MM-Status双向向另一方报告错误状况TMSI 再分配TMSI reallocation commandTo MS网络再分配一个新的 TMSI 给MSTMSI 再分配完成TMSI reallocation completeTo NetworkMS通知网络一个新的 TMSI 再分配已经发生DTAP消息呼叫控制 (CC)消息消息名传递方向功能提醒Alerting被叫MS到网络或网络到主叫MS通知对方已经提醒被叫用户呼叫证实Call confirmed被叫MS到网络被叫用户证实一个来话请求呼叫进行Call procee

31、ding网络到主叫 MS网络表明主叫用户所请求的呼叫建立信息已经接收到连接Connect被叫MS到网络或网络到主叫MS表明被叫用户已经接收呼叫连接证实Connect acknowledge网络到被叫 MS或主叫 MS到网络表明MS 已经获得呼叫紧急建立Emergency setupMS到网络MS启动紧急呼叫的建立进展Progress网络到 MS表明一个呼叫的进展 建立Setup双向启动呼叫建立修改Modify双向请求改变一个呼叫的负载能力修改完成Modify complete双向表明呼叫负载能力的改变已经完成修改拒绝Modify reject双向表明呼叫负载能力的改变已经失败用户信息User

32、information双向MS发送到远端用户的信息或网络发送远端用户的信息断连Disconnect双向MS请求清除端对端连接或网络指明端对端连接被清除释放Release双向表明发送方准备释放业务标识符TI释放完成Release complete双向表明发送方已经释放TI, 且接收方将释放 TI拥塞控制Congestion双向表明在发送用户信息消息时流量控制的建立和终control止通知Notify双向指明关于一个呼叫的信息启动DTMFStart DTMFMS到网络网络请求将包含的数字转变成DTMF 音调启动DTMF 证实Start DTMF ack启动DTMF 拒绝Start DTMF rej

33、网络到 MS指明网络已经成功地将包含的数字转变成DTMF音调网络到 MS表明网络不接收将包含的数字转变成DTMF 音调的请求状态Status双向报告错误状况状态查询Status enquiry双向请求同层的层 3实体发送 Status消息停止DTMFStop DTMFMS到网络停止发送 DTMF 音调到远端用户停止DTMF 证实StopDTMF ack网络到 MS表明DTMF 音调的发送已经停止BSSMAP消息无连接消息消息名传递方向功能阻塞BLOCKBSS=MSC阻塞证实BLOCKING ACKNOWLEDGEMSC=BSS解闭UNBLOCKBSS=MSC解闭证实UNBLOCKING ACK

34、NOWLEDGEMSC=BSS向MSC 指明特定的陆地资源阻塞指明相关电路中的业务已经被移去指明特定的陆地资源可恢复服务 指明相关电路已经恢复服务切换已执行HANDOVER PERFORMEDBSS=MSC指明BSS已经执行了一个内部切换切换候选者询问HANDOVER CANDIDATE ENQUIRE切换候选者询问响应HANDOVER CANDIDATE RES.MSC=BS SBSS=MS CMSC查询正在某小区中工作的MS是否可以切换到其它小区指明候选 MS的数目资源请求RESOURCE REQUESTMSC=BS S资源指示RESOURCE INDICATIONBSS=MSC寻呼PAGINGMSC=BSSBSS请求当前特定小区中的空闲资源响应资源请求消息通知BSS在正确的小区发送寻呼消息复位RESET双向指明发送方发生了故障复位证实RESET ACKNOWLEDGE双向指明发送方已经发生了复位,等待恢复业务过载OVERLOAD双向表明发送方过载复位电路RESET CIRCUIT双向由于故障发送方特定的电路状态不明复位电路证实RESET CIRCUIT ACKNOWLEDGE双向表明发送方已清除了可能有关的呼叫,等待恢复服务BSSMAP消息面向连接消息消息传递方向功能指配请求ASSIGNMENT REQMSC=BTS请求BSS指配无线资源 ,消