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GSM网络的信令与协议

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第4章 GSM网络的信令与协议 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。主 要内容: n信令系统; nGSM协议集; n无线接口信令协议; nAbis接口的分层结构; nA接口的分层结构。 4.1 信令系统 n1、OSI七层模型 物理层(PhysicalLayer),规定通信设备的 机械的、电气的、功能的和规程的特性,用 以建立、维护和拆除物理链路连接。 数据链路层(DataLinkLayer):在物理层提 供比特流服务的基础上,建立相邻结点之间 的数据链路,通过差错控制提供数据帧( Frame)在信道上无差错的传输,并进行各 电路上的动作系列。 网络层的任务就是选择合适的网间路由和交 换结点, 确保数据及时传送。 传输层具有缓冲作用。为上层提供端到端 (最终用户到最终用户)的透明的、可靠 的数据传输服务。 会话层提供包括访问验证和会话管理在内 的建立和维护应用之间通信的机制。 表示层提供格式化的表示和转换数据服务 。数据的压缩和解压缩,加密和解密等工 作都由表示层负责。 应用层为操作系统或网络应用程序提供访 问网络服务的接口。 OSIOSI七层模型七层模型 n2、NO.7信令系统 NO.7信令网是现代通信的三大支撑网(数字同 步网,NO.7信令网,电信管理网)之一。 NO.7信令方式是国际化、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,还可以传送各种与电路无关的管理 、维护、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,可支持ISDN、移动通信、智能 网等业务的需求,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、智能化发展的不可缺少的基础支撑。 INAP:智能网应用部分 OMAP:操作维护应用部分 MAP:移动应用部分 TCAP:事务处理能力应用部分 TUP:电话用户部分 ISUP:ISDN用户部分 SCCP:信令连接控制部分 MTP:消息传递 部分 ISP:中间服务部分 n(1)消息传递部分(MTP):MTP的主要功能是在 信令网中提供可靠的信号信息的传送。 它包括信 令数据链路功能(第一级)、信令链路的功能( 第二级)和信令网的功能(第三级): n第一级(信令数据链路功能),规定信号数据链 路的物理电气和功能特性确定数据链路连接方法 ; n第二级(信令链路的功能) ,规定在一条信号链 路上消息的传递和与其传递有关的功能和程序; n第三级(信令网功能)规定在信号点之间传递消 息的功能和程序,包括信号消息处理和信令网管 理两部分,能保证在信号链路和信号转接点故障 的情况下可靠地传递信号消息。 (2)、信令连接控制部分(SCCP),信令连接控制部分扩展 了MTP的业务功能, 增加了利用全址地址(GT)和子系统 号码(SSN)的寻址功能,即:信令连接控制部分为消息传 递部分提供附加功能,以便通过NO.7信令网,在电信网中 的交换局和交换局,交换局和特种服务中心(管理和维护 中心)之间传递电路相关和非电路相关的信令消息和其他 类型的信息建立无连接和面向连接的网络业务。 它提供四类业务(a)0类:基本无连接类;(b)1类:顺序 无连接类;(c)2类:基本定向连接类;(d)3类:流量 控制定向连接类。 (3)、ISDN用户部分(ISUP),规定电话或非话交换业务所 需的信令功能和程序,它不但可以提供用户基本业务和附 加业务,而且支持64kbit/s和n×64kbit/s等多种承载业务 。 n我国NO.7信令网的组成结构 我国采用三级信令网结构,第一级为高级信令转接点(HSTP ),第二级为 低级的信令转接点(LSTP),第三级为信令点 (SP)。NO.7信令网采用了备份冗余度的措施来保证整个信 令网的高度可靠性。信令网具有以下的结构特点和要求: (1)、第一级HSTP采用两个平行的A、B平面网,A、B平面的 两个HSTP呈网状连接,A平面与B平面之间成对的HSTP间相连 接。 (2)、每个LSTP固定连接至A、B平面内成对的HSTP,LSTP至 A、B平面两个 HSTP的信令链路组之间采用负荷分担方式工作 。 (3)、SP至LSTP根据具体情况采用固定或自由连接方式,每 个SP至少连至两个STP(LSTP或HSTP),若连至HSTP时,应分 别固定连至A、B平面内成对的HSTP,SP至两个STP或(LSTP) 的信令链路组间采用负荷分担方式工作。 n(4)、每个信令链路组至少应包括两条信令链路、并尽可 能采用分开的物理通路。 (5)、两个信令点间若信令业务量足够大时可以设置直达 信令链路。 (6)、第一级STP(HSTP)设置在直辖市各省区内.第二级 STP(LSTP)设在地区或一个地级市内、电话网和信令网的 对应关系,C1和C2中心都由HSTP汇接,C3、C4由LSTP汇接 。 (7)、信令区的划分和信令点的编码:全国信令网分为33 个主信令区,每个主信令区由若干个分信令区组成,在中 央直辖市、省和自治区分别设主信令区,话务低的省、自治 区合用高级信令转接点(HSTP),香港、澳门地 区和台湾 省都暂定为主信令区。 ---主信令区编码,由小到大顺序给各省、直辖 市、自治区。 ---分信区编码分配给省内地区、地级市和直辖 市的汇接区及有效县。 ---HSTP国际局、C1局、C2局连接至HSTP上的各 种特服中心(HSCP)均单独分配一个分信区编 码。每个HSCP、国际局、C1局和C2局、HSTP还 分别分配 一个信令点编码。 ---在一个分信令区内LSTP、C3局C4局、C5局汇 接局与LSTP相连的特服中心 (LSCP),国际边 境局均单独分配一个信令点编码。 n GSM系统的主要接口是指A接口、Abis接 口和Um接口。这三种主要接口的定义和标准化 能保证不同供应商生产的移动台、基站子系统 和网路子系统设备能纳入同一个GSM数字移动 通信网运行和使用。 n A接口其物理链接通过采用标准的2.048Mb/s PCM数字传 输链路来实现。此接口传递的信息包括移动台管理、基站管 理、移动性管理、接续管理等。 n 在A接口中,它遵循GSM规范08系列的要求。 n Layer1——物理和电器参数及信道结构,定义MSC —BSC物理层结构。 n 采用公共信道信令NO.7(CSS7)的消息转移部分 (MTP)的第一级来实现,采用2Mbit/s的PCM数字链 路作为传输链路,性能符合GB7611—87标准; n 信令信道使用2Mbit/s链路中的TS16。2Mbit/s PCM链路中的TS0通常用于传输MSC与BSC之间的同步信 号,其他时隙(TS1~TS15,TS17~TS31)传输业务信 号。在该接口中,业务信号的传输速率为64Kbit/s, 为A律PCM编码方式。 A接口 nLayer2——网络操作程序,定义数据链路层和 网络层,即MTP2(Q.702—Q.703)和MTP3( Q.704—Q.705)、SCCP(Q.711—Q.714)。 n 其中MTP2是HDLC(高级数据链路控制)协 议的一种变体,帧结构分别是由标志字段、控 制字段、信息字段、校验字段和标志序列所组 成;MTP3和SCCP(信令连接控制部分)则主要 完成信令路由选择等功能。 nLayer3——应用层,包括BSS应用规程(BSSAP )和BSS操作维护应用规程(BSSOMAP),完成 基站系统的资源和连接的维护管理,业务的接 续及拆除的控制。 AbisAbis接口用于接口用于BTSBTS(不与(不与BSCBSC并置)与并置)与BSCBSC之间的远端之间的远端 互连方式,物理链接通过采用标准的互连方式,物理链接通过采用标准的2.048Mb/s 2.048Mb/s 或或 64kbit/s PCM 64kbit/s PCM 数字传输链路来实现。此接口支持所有向用数字传输链路来实现。此接口支持所有向用 户提供的服务,并支持对户提供的服务,并支持对BTSBTS无线设备的控制和无线频率的分无线设备的控制和无线频率的分 配。配。 BSCBSC支持支持900MHZ900MHZ和和1800MHZ1800MHZ两种基站两种基站SITESITE配置。配置。 AbisAbis接口遵循接口遵循GSMGSM规范规范08.5X08.5X系列要求。系列要求。 Layer1—— Layer1——物理层通常采用物理层通常采用2Mbit/sPCM2Mbit/sPCM链路,符合链路,符合 CCITTG.703CCITTG.703和和G.704G.704要求。要求。 Layer2—— Layer2——数据链路层采用数据链路层采用LAPDLAPD协议,它为一点对多协议,它为一点对多 点的通讯协议,是点的通讯协议,是Q.921Q.921规范的一个子集。规范的一个子集。LAPDLAPD也是采用帧也是采用帧 结构,包含标志字段、控制字段、信息字段、校验字段和标志结构,包含标志字段、控制字段、信息字段、校验字段和标志 序列。在标志字段中包括序列。在标志字段中包括SAPISAPI(服务接入点标识)和(服务接入点标识)和TEITEI(( 终端设备识别)两个部分,用以分别区别接入到什么服务和什终端设备识别)两个部分,用以分别区别接入到什么服务和什 么实体。么实体。 nAbis接口 n Layer3——在上层部分,主要传输BTS 的应用部分,包括无线链路管理(RLM)功能 和操作维护功能(OML)。 n 在Abis接口上BSC提供BTS配置、BTS 监测、BTS测试及业务控制等信令控制信息。 同一基站的多个TRX可以共用一条LAPD信令 链路,链路应该具备流量指示功能。如果采用 复用方案,则每个TRX有3条64Kbps的电路 ,其中一条用作LAPD信令链路,另外两条 64Kbps链路用作8条语音或数据链路(4路复 用)。 Um 接口(空中接口)定义为移动台与基 站收发信台(BTS)之间的通信接口,用 于移动台与GSM系统的固定部分之间的 互通,其物理链接通过无线链路实现。此 接口传递的信息包括无线资源管理,移动 性管理和接续管理等。 nD接口用于交换有关移动台位置和用户管理的信息,为移动 用户提供的主要服务是保证移动台在整个服务区内能建立和 接收呼叫。D接口的物理链接是通过移动业务交换中心(MSC )与归属用户位置寄存器(HLR)之间的标准2.048Mb/s 的 PCM 数字传输链路实现的。 nB接口用于移动业务交换中心(MSC)向访问用户位置寄存器 (VLR)询问有关移动台(MS)当前位置信息或者通知访问 用户位置寄存器(VLR)有关移动台(MS)的位置更新信息 等。 nC接口用于传递路由选择和管理信息。如果采用归属用户位 置寄存器(HLR)作为计费中心,呼叫结束后建立或接收此 呼叫的移动台(MS)所在的移动业务交换中心(MSC)应把 计费信息传送给该移动用户当前归属的归属用户位置寄存器 (HLR),一旦要建立一个至移动用户的呼叫时,入口移动 业务交换中心(GMSC)应向被叫用户所属的归属用户位置寄 存器(HLR)询问被叫移动台的漫游号码。C接口的物理链接 方式与D接口相同。 nE接口用于切换过程中交换有关切换信息以启动和完成切换 。E接口的物理链接方式是通过移动业务交换中心(MSC) 之间的标准2.048Mbit/s PCM 数字传输链路实现的。 nF接口用于交换相关的国际移动设备识别码管理信息。F接 口的物理链接方式是通过移动业务交换中心(MSC)与移动 设备识别寄存器(EIR)之间的标准2.048Mbit/s 的PCM 数 字传输链路实现的。 nG接口定义为访问用户位置寄存器(VLR)之间的接口。当 采用临时移动用户识别码(TMSI)时,此接口用于向分配 临时移动用户识别码(TMSI)的访问用户位置寄存器(VLR )询问此移动用户的国际移动用户识别码(IMSI)的信息 。G接口的物理链接方式与E接口相同。 GSM系统与其它公用电信网的接口 n其它公用电信网主要是指公用电话网(PSTN),综 合业务数字网(ISDN),分组交换公用数据网( PSPDN)和电路交换公用数据网(CSPDN)。GSM系 统通过MSC与这些公用电信网互连,其接口必须满 足CCITT的有关接口和信令标准及各个国家邮电运 营部门制定的与这些电信网有关的接口和信令标准 。 n根据我国现有公用电话网(PSTN)的发展现状和综 合业务数字网(ISDN)的发展前景,GSM系统与 PSTN和ISDN网的互连方式采用7号信令系统接口。 其物理链接方式是通过MSC与PSTN或ISDN交换机之 间标准2.048Mbit/s 的PCM 数字传输实现的。 n 根据OSI基本原理,可对GSM系统 系统功能做分层结构,描述如下图所示: n传输:数据传输功能,在沿着通信路径的各段上 提供携带用户数据,并提供实体间传送信令的方 法。 nRR:无线资源管理,在呼叫期间建立和释放移 动台和MSC之间的稳定连接,主要由MS和BSC 完成; nMM:移动性和安全性管理,当环境发生变化时 ,移动台可以作出不同网络的蜂房选择,使呼叫 用户过程有效建立,还需基础设施来管理用户的 位置数据(位置更新); nCM:通信管理,应用户要求,在用户之间建立 连接,维持和释放呼叫。(可分为CC——呼叫控 制、SSM——附加业务管理、SMS——短消息业 务); nOAM:运行、管理和维护平面,为运营者操作 提供手段;它直接由传输层提供服务。 GSM协议栈结构图示如下: nRIL3-CC:无线接口第3层-CC层 nRIL3-MM:无线接口第3层-MM层 nRIL3-RR:无线接口第3层-无线资源管理层 nRSM:信道释放确认 nSCCP:信令连接控制部分 nMTP:信息传递部分 nBSSMAP:基站子系统移动应用部分 nLAPDm:ISDN的Dm数据链路协议 nTCAP:转移能力应用部分 nMAP:移动应用部分 nLAPD:D信道链路接入协议 协议分层结构 信号层1(也称物理层) 这是无线接口的最低层、提供传送比特流所需的 物理链路(例如无线链路)、为高层提供各种不同 功能的逻辑信道,包括业务信道和逻辑信道,每个 逻辑信道有它自己的服务接入点。 信号层2 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,L2协议基于ISDN的D信道链路接入协议( LAP-D),但作了更动,因而在Um接口的L2协议称之 为LAP-Dm。 n信号层3 n这是实际负责控制和管理的协议层,把用户和 系统控制过程中的特定信息按一定的协议分组 安排在指定的逻辑信道上。L3包括三个基本子 层:无线资源管理(RR)、移动性管理(MM) 和接续管理(CM)。其中一个接续管理子层中 含有多个呼叫控制(CC)单元,提供并行呼叫 处理。为支持补充业务和短消息业务,在CM子 层中还包括补充业务管理(SS)单元和短消息 业务管理(SMS)单元。 4.6 MAP与INAP n1、移动应用部分(MAP) MAP是公共陆地移动网在网内和网间 进行互连而特有的一个很重要的功能单元 ,它的功能是GSM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。MAP仅使用SCCP的无连接 方式。 n2、智能网应用部分(INAP) INAP在现有移动网上增加一些网络 功能单元。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 提供新业务,以适应用户的需求。 GSM系统所提供的新业务包括预付 费业务、亲情号码业务、无线广告业务、 虚拟专用网业务、被呼集中付费业务、分 区分时业务等。
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