GSM系统信令接续流程（一）

GSM系统信令接续流程（一）（王嘉华）
摘要  文章以MS发起的主叫通话为例，说明在GSM系统中，实现一次通话所需的信令接续过
程。以应用层（L3）的三层连接（RR、MM、CC）为构架，对L豹的通信过程进行分析，介绍
每条信令中的一些主要参数以及该信令在通话过程中所起的作用。
关键词  信令接续  无线资源管理  移动性管理  呼叫管理
    GSM系统使用类似OSI协议模型的简化协议，包括物理层（L1）、数据链路层（L2）和
应用层（L3）。L1是协议模型最底层，提供物理媒介传输比特流所需的全部功能。L2保证
正确传递消息及识别单个呼叫。在GSM系统中，无线接口（Um）上的L1和L2分别是TDMA帧和
LAPDm协议。在网络侧，Abis接口和A接口使用的L1均为E1传输方式，L2分别为LAPD和MTP协
议。在Um接口，MS每次呼叫时都有一个L1和L2层的建立过程，在此基础上再与网络侧建立
L3上的通信。在网络侧（A和Abis接口），其L1和L2（SCCP除外）始终处于连接状态。L3层
的通信消息按阶段和功能的不同，分为无线资源管理（RR）、移动性管理（MM）和呼叫控
制（CC）三部分。
1建立RR连接
    RR的功能包括物理信道管理和逻辑信道的数据链路层连接等。
    在任何情况下， MS向系统发出的第一条消息都是CH－REQ（信道请求），要求系统提
供一条通信信道，所提供的信道类型则由网络决定。CH－REQ有两个参数：建立原因和随机
参考值（RAND）。建立原因是指MS发起这次请求的原因，本例的原因是MS发起呼叫，其它
原因有紧急呼叫、呼叫重建和寻呼响应等。RAND是由MS确定的一个随机值，使网络能区别
不同MS所发起的请求。RAND有5位，最多可同时区分32个MS，但不保证两个同时发起呼叫的
MS的RAND值一定不同。要进一步区别同时发起请求的MS，还要根据Um接口上的应答消息。
    CH－REQ消息在BSS内部进行处理。BSC收到这一请求后，根据对现有系统中无线资源的
判断，分配一条信道供MS使用。该信道是否能正常使用，还需BTS作应答证实，Abis接口上
的一对应答消息CHACT（信道激活）和CHACK（信道激活证实）完成这一功能。CHACT指明激
活信道工作所需的全部属性，包括信道类型、工作模式、物理特性和时间提前量等。
    网络准备好合适的信道后，就通知MS，由IMMASS（立即指配）消息完成这一功能。在
IM－MASS中，除包含CHACT中的信道相关信息外，还包括随机参考值RA、缩减帧号T、时间
提前量TA等。RA值等于BSS系统收到的某个MS发送的随机值。T是根据收到CH－REQ时的TD－
MA帧号计算出的一个取值范围较小的帧号。RA和T值都与请求信道的MS直接相关，用于减少
MS之间的请求冲突。TA是根据 BTS收到RACH信道上的CH－REQ信息进行均衡时，计算出来的
时间提前量。MS根据TA确定下一次发送消息的时间提前量。
    IMMASS的目的是在Um接口建立MS与系统间的无线连接，即RR连接。MS收到IM－MASS后，
如果RA值和T值都符合要求，就会在系统所指配的新信道上发送SABM帧，其中包含一个完整
的L3消息（MP－L3－ INF），这条消息在不同的接口有不同的作用。在Um接口，SABM帧是
LAPDm层上请求建立一个多帧应答操作方式连接的消息。系统收到SANM帧后，回送一个UA
帧，作为对SABM帧的应答，表明在MS与系统之间已建立了一条LAPDm通路；另外，此UA帧
的消息域包含同样一条L3消息，MS收到该消息后，与自己发送的SABM帧中相应的内容比较，
只有当完全一样时，才认为被系统接受。L3消息中包含MS的IMSI，IMSI对每个 MS是唯一
的，这可保证在该信道上只有一个MS可接入系统。在Abis接口，这条消息是ESTIND（建立
指示），用来通知已建立LAPDm连接，作为对IMMASS消息的应答。
    在SANM帧中，透明传输到MSC的L3消息是A接口的第1条L3消息。尽管A接口的MTP连接在
通话前已经建立，但对每个呼叫，在L2还要建立一个SCCP的连接。L3消息包含在A接口上
SCCP的请求建链消息（CR）中传递。如请求被允许，A接口的第1条下行消息将包含在SCCP
层的连接证实（CC）帧中。对SCCP层来说， CR与CC的交换是源参考地址与目的参考地址
的交换。在同样的信令点码下，不同的呼叫具有不同的源地址和目的地址。
    A接口上第1条消息传递完后，MS与系统之间就建立了RR连接，RR实体通知MM子层已进
入专用模式。在专用模式下，MM子层和CC子层负责发送所有L2层上的消息。除了错误指示
和释放本地链路以外，均由RR子层直接处理。
2建立MM连接
    正常情况下，要建立MM连接必须先有RR连接。RR建立后的第一个步骤是鉴权（AUTH），
即鉴定移动用户的身份。在AU－THREQ（鉴权请求）中有两个参数：CIP KEY No（加密键
号）和 AUT RAND（鉴权随机值）Q CIPKEY No与每个MS的密匙Kc相对应，由网络计算出来
送到MS，目的是毋须调用AUTH过程，就可直接由MS的IMSI和CM－SERV－REQ中的CIP  KEY
  No参数得到Kc。ATU  RAND供MS计算鉴权响应值SRES。MS的SIM中存有4个与鉴权和加密
相关的数据：鉴权算法A3、加密序列算法A8、加密算法A5和移动用户个人鉴权键Ki。其关
系如下：Kc=A8（RAND，Ki），SRES=A3（RAND，Ki），加密数据流=A5（user data，Kc）。
SRES是MS对AUTH REQ的响应值，在AUTH RES中传递。网络中存储了与每个 IMSI相对应的
Ki值，网络根据计算出的SRES值和MS回送的SRES值，可对MS的身份进行鉴定。Kc用于鉴
权后的加密过程，加密算法A5由网络指定，但    MS必须支持该算法。在加密命令CIP－
M-COM中，指出了每个MS支持的A5算法类型，还指定了MS的回送消息中是否包括IMEISV参
数。
    对MS的身份识别及无线信道传输加密过程完成后，建立呼叫所需的MM连接已经建立，
可以向更高层（CC子层）提供呼叫信息的传递功能。
（待续）

摘自《电信快报》