GSM系統信令接續流程（一）

2019-11-03 09:49:38

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GSM系統信令接續流程（一）（王嘉華）摘要文章以MS發起的主叫通話為例，說明在GSM系統中，實現一次通話所需的信令接續過程。以應用層（L3）的三層連接（RR、MM、CC）為構架，對L豹的通信過程進行分析，介紹每條信令中的一些主要參數以及該信令在通話過程中所起的作用。關鍵詞信令接續無線資源管理移動性管理呼叫管理 GSM系統使用類似OSI協議模型的簡化協議，包括物理層（L1）、數據鏈路層（L2）和應用層（L3）。L1是協議模型最底層，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系統中，無線接口（Um）上的L1和L2分別是TDMA幀和LAPDm協議。在網絡側，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，在此基礎上再與網絡側建立L3上的通信。在網絡側（A和Abis接口），其L1和L2（SCCP除外）始終處于連接狀態。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據鏈路層連接等。在任何情況下， MS向系統發出的第一條消息都是CH－REQ（信道請求），要求系統提供一條通信信道，所提供的信道類型則由網絡決定。CH－REQ有兩個參數：建立原因和隨機參考值（RAND）。建立原因是指MS發起這次請求的原因，本例的原因是MS發起呼叫，其它原因有緊急呼叫、呼叫重建和尋呼響應等。RAND是由MS確定的一個隨機值，使網絡能區別不同MS所發起的請求。RAND有5位，最多可同時區分32個MS，但不保證兩個同時發起呼叫的MS的RAND值一定不同。要進一步區別同時發起請求的MS，還要根據Um接口上的應答消息。 CH－REQ消息在BSS內部進行處理。BSC收到這一請求后，根據對現有系統中無線資源的判斷，分配一條信道供MS使用。該信道是否能正常使用，還需BTS作應答證實，Abis接口上的一對應答消息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。網絡準備好合適的信道后，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中的信道相關信息外，還包括隨機參考值RA、縮減幀號T、時間提前量TA等。RA值等于BSS系統收到的某個MS發送的隨機值。T是根據收到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，用于減少MS之間的請求沖突。TA是根據 BTS收到RACH信道上的CH－REQ信息進行均衡時，計算出來的時間提前量。MS根據TA確定下一次發送消息的時間提前量。 IMMASS的目的是在Um接口建立MS與系統間的無線連接，即RR連接。MS收到IM－MASS后，如果RA值和T值都符合要求，就會在系統所指配的新信道上發送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答操作方式連接的消息。系統收到SANM幀后，回送一個UA幀，作為對SABM幀的應答，表明在MS與系統之間已建立了一條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，與自己發送的SABM幀中相應的內容比較，只有當完全一樣時，才認為被系統接受。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。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消息的應答。在SANM幀中，透明傳輸到MSC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與系統之間就建立了RR連接，RR實體通知MM子層已進入專用模式。在專用模式下，MM子層和CC子層負責發送所有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（AUTH），即鑒定移動用戶的身份。在AU－THREQ（鑒權請求）中有兩個參數：Cip KEY No（加密鍵號）和 AUT RAND（鑒權隨機值）Q CIPKEY No與每個MS的密匙Kc相對應，由網絡計算出來送到MS，目的是毋須調用AUTH過程，就可直接由MS的IMSI和CM－SERV－REQ中的CIP KEY No參數得到Kc。ATU RAND供MS計算鑒權響應值SRES。MS的SIM中存有4個與鑒權和加密相關的數據：鑒權算法A3、加密序列算法A8、加密算法A5和移動用戶個人鑒權鍵Ki。其關系如下：Kc=A8（RAND，Ki），SRES=A3（RAND，Ki），加密數據流=A5（user data，Kc）。SRES是MS對AUTH REQ的響應值，在AUTH RES中傳遞。網絡中存儲了與每個 IMSI相對應的Ki值，網絡根據計算出的SRES值和MS回送的SRES值，可對MS的身份進行鑒定。Kc用于鑒權后的加密過程，加密算法A5由網絡指定，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。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連接已經建立，可以向更高層（CC子層）提供呼叫信息的傳遞功能。（待續）摘自《電信快報》

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