GRS信令流程讲义

GPRS信令流程

GPRS系统结构BTSSGSNGGSNBSCMSC/VLRGiGnGrGsGbGnAHLRIPNetworkGPRSBackbone

BGOtherPLMNGpPCUSGSNGGSNGnGnBGSS7UmAbisUm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。Gb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。Gn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。Gs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。其他接口

Gr、Gd、GP、Gc、Gf。主要接口功能传输平面物理层分为无线射频层和物理链路层L1bis、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。RLC/MACRLC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。NSNS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BSSGP

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。RelayBSS里的Relay的功能是中继Um和Gb接口之间的LLCPDU。SGSN里的Relay的功能是中继Gb和Gn接口之间的PDPPDU。LLC

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。SNDCP

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GTP

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PTPPDUPD都要用GTP封装。UDP/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。IP

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-SGSNSGSN-HLR/EIR/SMSSGSN-MSC/VLRGSN-GSNGGSN-HLRT=PTCCH,I=IdleframeB0-B11=RadioblocksGPRS信道52复帧结构52TDMAFramesB0B1B2TB3B4B5IB6B7B8TB9B10B11ITDMAframeRLCBlock

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)。PDCH帧结构一个52复帧包括12个无线块电路域中一个TDMA帧分为8个时隙分配给GPRS的时隙称为PDCH多个时隙可组合为一个PDCH组，每PDCH组最多可包含8个时隙无线资源分配和无线传输以无线块（BLOCK）为基本单位一个无线块时长包括4个TDMA帧，为用户占用的最小单位剩下4个burst用于测量、上报TA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道GPRS逻辑信道类型型分组数据信道道（PDCH）分为分组业务务信道和分组组控制信道分组业务信道道(PDTCH)单向业务信道道：PDTCH/U，PDTCH/D分组控制信道道广播控制信道道：PBCCH公共控制信道道：PPCH，PRACH，PAGCH，PNCH（发送通知信信息）专用控制信道道：PACCH，PTCCH/U（用来估计TA），PTCCH/D（发送TA更新信息）分组逻辑信道道（PDCH）组合方式1：PBCCH＋PCCCH＋PDTCH＋PACCH＋PTCCH；方式2：PCCCH＋PDTCH＋PACCH＋PTCCH；方式3：PDTCH＋PACCH＋PTCCH。其中PCCCH=PPCH+PRACH+PAGCH+PNCH。小业务量在GPRS业务量不大的的情况下，一一般小区内GPRS与电路业务共共用BCCH和CCCH，此时小区内内仅需要信道道组合方式3。随着业务量的的增大小区内需要配配置分组公共共信道，需要要增加信道组组合方式1和和2。GPRS逻辑信道类类型MS多时隙能力力的概念定义要素：：最大接收收时隙数（（下行时隙隙）、最大大发射时隙隙数（上行行时隙）、、最大总时时隙数定义：多时时隙能力等等级1－29；等级数越越大，多时时隙能力越越强影响MS多时隙能力力的因素是否能同时时发送和接接收考虑MS做邻近小区区测量、收收发信机发发射和接收收准备等时时间要求跳频对时间间要求影响响的考虑实现时的目目标市场细细化的考虑虑BSS应根据MS的多时隙能能力、请求求的QoS以及当前资资源配置情情况进行最最优资源分分配。MS的多时隙能能力CSPSPSPSCSCSPSCSSpeechcall1Speechcall2Speechcall3GPRSuser1GPRSuser2GPRSuser3GPRSuser4TS0TS1TS2TS3TS4TS5TS6TS7GPRSuser5GPRSuser6IdlePDTCH信道分配采用静态PDCH的原因保证小区中中的GPRSMS时常在线保证GPRS业务一定的的QoS采用动态PDCH的原因GPRS与GSM共享无线资资源优先保证话话音业务的的QoS的情况下考考虑无线资资源的最优优利用一个小区中中的分组交交换业务与与电路交换换业务的比比例时常在在变化动态PDCH对话音业务务不可见PDTCH信道分配C/I载干比(dB)051015202504812162024CS1CS2CS3CS4典型城区,移动速度度每小时3公里分组数据传传输一个PDCH可以为多个个MS使用；一个个MS可以同时使使用多个PDCHB1B2B3B4B5B6B7B8B9B10B11B0B1B2B3B4B5B6B7B8B9B10B11B0B1B2B3B4B5B6B7B8B9B10B11B0MS1MS3MS2GPRS无线接口原原理分组数据传传输GPRS移动性管理理（GMM）移动性管理理专用流程程附着/分离周期性位置置/路由区更新新正常的位置置区/路由区更新新移动性管理理通用流程程鉴权P-TMSI重分配身份识别移动性管理理连接管理理流程连接的建立立和释放移动性管理理概念和流流程一般功能GPRS附着：建立起MM上下文，MM状态转为就就绪GPRS分离：删除除MM上下文，MM状态转为空空闲（MS发起或网络发起））安全功能：：鉴权、加密密、标识校校验等位置管理：正常/周期性路由区更新新、小区更更新网络特定功功能与HLR配合进行GMM上下文清除除用户数据管管理MS类标处理与MSC/VLR配合进行联合位位置更新、、联合寻呼呼等移动性管理理的主要功功能GMM状态空闲：GMM上下文未建建立，MS不可及待命：GMM上下文已建建立，MS可接收寻呼呼，但不能能进行数据据传送；知知道手机所所在路由区区就绪：MS可以进行数数据传送；；知道手机机所在小区区GMM上下文MS相关标识GMM状态MS的位置信息息（路由区区标识、小小区标识））当前服务SGSN的地址、VLR编号(MSonly)加密算法、、鉴权参数数GMM中MS的状态空闲状态（（Idle）在GPRS空闲状态中中，用户没没有激活GPRS移动性管理理。MS和SGSN环境中没有有存储与这这个用户相相关的有效效的位置信信息或路由由信息。因因此在这个个状态下不不能进行与与用户有关关的移动性性管理过程程,MS无法进行数数据传输，，也不能接接收GPRS寻呼消息。。

在这这个状态下下，MS完成PLMN选择、GPRS选择和重选选择过程。。MS通过执行GPRS激活过程在在MS和SGSN中建立MM环境。等待状态（（standby）在等待状态态下，在MS和SGSN中的MM环境已经创创建了用户户的IMSI，此时可以以接收寻呼呼消息，不不能发送分分组数据。。在SGSN中，如果它它收到了MS对寻呼的回回应信息，，其MM状态也会转转变到就绪绪状态。同同样，当数数据或信令令从MS处发送时，，MS的MM状态会改变变到就绪状状态。相应应地，当SGSN收到MS发来的数据据和信令时时，其MM状态也会改改变到就绪绪状态。MS可以运行GPRS断开(Detach)过程进入空空闲状态。。当Readystatetimer超时；SGSN知道MS的路由信息息；MS可以接收寻寻呼消息；；MS可以进行路路由更新GMM状态就绪状态（（Ready）在就绪状态态下，SGSNMM环境会包含含MS所在的小区区信息。在在就绪状态态下，MS可以收发PTPPDU。就绪状态态由一个计计时器监控控，当就绪绪状态计时时器超时时时，MM环境就会从从就绪状态态转移到等等待状态。。MS可以启动一一个GPRS业务断开过过程，来实实现从就绪绪状态向空空闲状态的的转移。当完成GPRS附着时；SGSN知道MS的CELLID；MS可以接收和和发送PTP数据；MS可以进行小小区更新GMM状态GPRS移动性管理理Idle/Standby/Ready状态转换Attach信令流流程Detach信令流流程手机发起SGSN发起HLR发起位置管理小区更新：：小区标识识改变而路路由区标识识未改变路由区更新新：路由区区标识改变变SGSN内的路由区区更新跨SGSN的路由更新新联合路由区区/位置区更新新SGSN内的联合RA/LA更新跨SGSN的RA/LA更新周期性位置置更新1.RoutingAreaUpdateRequest3.RoutingAreaUpdateAccept2.SecurityFunctionsMSBSSSGSN4.RoutingAreaUpdateComplete路由更新流流程（IntraSGSN）MSBSSnewSGSNHLRGGSNoldSGSNMSC/VLR2.SGSNContextResponse4.SecurityFunctions1.RoutingAreaUpdateRequest2.SGSNContextRequest5.UpdatePDPContextRequest5.UpdatePDPContextResponse6.UpdateLocation

9.UpdateLocationAck11.RoutingAreaUpdateAccept

10.LocationUpdatingRequest

10.LocationUpdatingAccept

7.CancelLocation7.CancelLocationAck

8.InsertSubscriberDataAck

8.InsertSubscriberData12.RoutingAreaUpdateComplete3.ForwardPackets路由更新流流程（InterSGSN）联合位置更更新流程BSCSGSN1.1.RA11.发送LLCPDU在同一RAC中从一个小区到另外一个小区小区更新流流程GPRS移动性管理理路由区更更新（RAU）LA≥RA≥CELLRAI=MCC+MNC+LAC+RACGPRS会话管理GPRS签约数据中中可以包括括一个或多多个PDP地址，每个个PDP地址对应有有一个PDP上下文SM管理实体：：SGSN、GGSN和MSPDP内容：PDP类型、地址址(动态/静态)、状态APNNSAPI激活/未激活两种种状态PDP上下文与MM上下文的关关联唯一性性PDP上下文状态态迁移PDP上下文激活活：MS发起或网络络发起，PDP上下文状态态迁移为ACTIVE鉴权SGSN经过APN分析推导出出GGSN地址QoS协商、地址址分配、启启动计费等等PDP上下文修改改PDP上下文中的的某些参数数（如服务务SGSN、QoS）需要改变时时执行该规规程PDP上下文去激活活MS发起或网络发发起，PDP上下文状态迁迁移为INACTIVE删除PDP上下文回收动态PDP地址二次激活在一个PDP地址上可以有有多个通过而而起激活流程程产生的PDP上下文，这些些上下文用TFT进行区分和标标识SM管理主要功能能PDP激活流程：MS发起MS发起网络发起PDP上下文的去激激活手机上网流程程共分三个步步骤：附着PDP激活上网手机上网流程程Attach_request(IMSI)TripletrequestAuthenticationUpdate_locationSGSNHLRGPRS手机附着Insert_subscriber_dataUpdate_location_ackAttach_accept(TLLI)MS«TLLIActivate_PDP_context_req(NSAPI1,type[+@ofPDP],APN,QoS)DNS_query(APN)DNS_response(IPofGGSN)DNSSGSNPDP激活Create_PDP_contextresponse(IP)Activate_PDP_context_accept(IP)Create_PDP_context_req

(type,APN,QoS)TID1Create_PDP_txtGGSNIPGGSNSGSNPDP激活TLLI

«IMSI

NSAPI+IMSI®TIDNSAPI®TLLINSAPITLLIUserpacketUserpacketUserpacketTIDGGSNPDPnetwork(IP/X.25)InternetGGSNSGSNGPRS手机数据发送送GPRS的接入和数据据传输TemporaryBlockFlow数据传输在RLC层上是通过TBF来实现的，上上下行TBF是相互独立的的，一个TBF可以包含很多多LLC帧TBF由TFI来标识，TFI的长度为7bits，它在RLC层数据传输中中相当于MS的标识，因此此在一个小区区中不可能有有两个MS同时拥有相同同的上行或下下行TFI对于RLC层来说，GPRS的接入过程实实际就是申请请和分配TFI的过程，MS在得到TFI后，所有RLC数据块的头信信息里都包含含有该TFI的值，直到该该TBF的结束。GPRS上行接入OnephaseMS在信道请求中中会说明请求求1个或多个PDCH信道，系统根根据该信道请请求分配相应应数量的PDCH和上行TFITwophase系统根据信道道请求先分配配给MS保留的PDCH信道，MS用该PDCH发送PacketResourceRequest消息，该消息息包含详细的的资源请求信信息，系统再再根据这些信信息通过PacketUplinkAssignment给MS指配上行TFI和要求的PDCHonephase接入twophase接接入GPRS上行数据传输输中的MACmodeGPRS是一种分组数数据业务，用用户对信道的的占用是共享享式的，允许许多个用户使使用一个PDCH信道来传输数数据，为了避避免在该PDCH的上行数据传传输中发生碰碰撞，MAC层必须合理的的进行资源分分配，使不同同用户在不同同的RLCBlock上传输数据，，这样，从一一段时间来看看，这些用户户的数据传输输是同时进行行的。MAC层进行资源分分配的方式有有两种：fixed和dynamicFixed方式下的资源源分配在fixed方式下，ImmediateAssignment或PacketUplinkAssignment消息中会有一一个ALLOACTIONBITMAP，规定了MS在哪个时隙的的哪些Block中可以发送数数据。如果分分配的Block数目不够，MS可以从这些已已分配的Block上发送请求以以申请更多的的资源Dynamic方式下的资源源分配系统在下行发发出USF(UplinkStateFlag)值，宣告哪哪一个移动台台可以在下一一个时段传输输数据块。GPRS上行行数据传输GPRS寻呼GPRS下行数据传输输GPRS数据据传输中TA的获取初始TA值的估计系统发送PacketPollingMessage要求MS上发accessburst用于初始TA值的估算；在ImmediateAssignment中不发送初始始TA值，并指示MS在从连续的TA更新过程中获获得TA值