1、MA000003 GSM 通信流程Issue 3.3 课程说明1课程说明课程介绍GSM 通信流程包括两方面的内容：呼叫基本流程，信令基本流程。其中，呼叫流程主要包含：移动主叫流程，移动被叫流程，汇接呼叫流程。信令基本流程主要包含：鉴权流程，位置登记流程，呼叫重建流程，BSC 内部切换流程，BSC 间切换流程，MSC 间切换流程，移动始发短消息流程，移动终结短消息流程，定向重试流程。这些流程从系统的角度描述了移动用户经常发生的行为，描述了 GSM 的几个组成部分在呼叫流程、信令流程中的相互关系，对移动性特征做重点说明。课程目标本课程的重点是介绍 GSM 系统的协同工作过程，涉及内容包含：呼叫、位
2、置更新、切换、短消息。对流程的介绍突出了移动特征，具体的信令细节本课程不做描述，可以参考 ETSI 的 GSM 规范获得更加详细的内容。通过学习本课程，可以基本掌握： 移动用户做位置登记的信令过程； 移动用户做主叫的信令过程； 移动用户做被叫的信令过程； MSC 做汇接呼叫的信令过程； BSC 内切换信令过程； BSC 间切换的信令过程；MA000003 GSM 通信流程Issue 3.3 课程说明2 MSC 间切换的信令过程； 呼叫重建的信令过程； 定向重试的信令过程。对这些信令流程学习之后，对 GSM 系统的原理会有更加深刻的了解，对每个功能实体（MS，BTS ，BSC，MSC，VLR，H
3、LR）的功能有更加深刻的体会。相关资料ETSI 关于 GSM 的规范，主要是：GSM0408，GSM0808，GSM0902。MA000003 GSM 通信流程Issue 3.3 第 1 章 呼叫过程的信令分析3第 1 章 呼叫过程的信令分析对一次发生在移动用户间的呼叫来说，信令流程可以分为三个相对独立的部分： 主叫移动用户部分 被叫移动用户部分 拆线部分1.1 主叫信令流程移动用户做主叫时的信令过程从 MS 向 BTS 请求信道开始，到主叫用户 TCH 指配完成为止。一般来说，主叫经过几个大的阶段：接入阶段，鉴权加密阶段，TCH 指配阶段，取被叫用户路由信息阶段。接入阶段主要包括：信道请求，
4、信道激活，信道激活响应，立即指配，业务请求等几个步骤。经过这个阶段，手机和 BTS（BSC ）建立了暂时固定的关系。鉴权加密阶段主要包括：鉴权请求，鉴权响应，加密模式命令，加密模式完成，呼叫建立等几个步骤。经过这个阶段，主叫用户的身份已经得到了确认，网络认为主叫用户是一个合法用户，允许继续处理该呼叫。TCH 指配阶段主要包括：指配命令，指配完成。经过这个阶段，主叫用户的话音信道已经确定，如果在后面被叫接续的过程中不能接通，主叫用户可以通过话音信道听到 MSC 的语音提示。取被叫用户路由信息阶段主要包括：向 HLR 请求路由信息；HLR 向 VLR 请求漫游号码；VLR 回送被叫用户的漫游号码；
5、HLR 向MSC 回送被叫用户的路由信息（ MSRN）。MSC 收到路由信息后，对被叫用户的路由信息进行分析，可以得到被叫用户的局向。然后进行话路接续。MA000003 GSM 通信流程Issue 3.3 第 1 章 呼叫过程的信令分析4主叫过程的信令流程如后面的图所示。 注意:应该注意的是：从 VLR 到 HLR/AUC 取鉴权集的过程不是必须的。VLR 到 HLR/AUC 取鉴权集时，HLR 每次送 5 组，本次使用一组，另外 4 组保存在 VLR 中供后续的鉴权过程使用。只有当 VLR 中的鉴权集使用完毕，VLR 才发起向 HLR/AUC 取鉴权集的过程。另外，如果 MSC 通过对被叫用
6、户的 MSRN 的分析得知被叫用户是本局用户，那么就不会向其它 MSC 发送初始地址消息（ IAI/IAM），而是根据被叫用户的位置区直接通知本局 BSC 对被叫用户发起寻呼。如果被叫用户非本局用户，则通过信令路由分析，通过适当的链路向目的 MSC 发 IAI 消息，以建立话路。主叫接入阶段、鉴权阶段主要信令：(CHAN-REQ)AMS BS MSC VLRCMCIP MOD CI CM- -SERV-AAUTH-RESAUmBSAP MAP B HLRMAP D BSAP AUC BS BMSUmSTAR- CIP AES RQVL业 务 请 求 （ CM-SERVQ）-QCM-CON-RE
7、QONF() CPROC AES RQ AUT-INFO-REQ -I-PY (ID-IGN) UH-ESMA000003 GSM 通信流程Issue 3.3 第 1 章 呼叫过程的信令分析5当用户输入被叫号码完毕按下发射按纽后，手机（以下以 MS 代替）将进行一系列动作，首先 MS 将在随机接入信道（RACH）向BSS 发送信道请求消息，以便申请一个专用信道（SDCCH），BSC 为其分配相应的信道成功后，在接入允许信道 (AGCH)中通过立即分配消息通知 MS 为其分配的专用信道，随后 MS 将在为其分配的 SDCCH 上发送一个层三消息-CM 业务请求消息，在该消息中CM 业务类型为移动
8、发起呼叫，该消息被 BSS 透明的传送至 MSC，MSC 收到 CM 业务请求消息后，通过处理接入请求消息通知VLR 处理此次 MS 的接入业务请求，（同时，由于在 BSC 和 MSC 之间用到了 SCCP 有连接服务，为建立 SCCP 连接，MSC 还将向 BSC 回连接确认消息），收到业务接入请求后，VLR 将首先查看在数据库中该 MS 是否有鉴权三参组，如果有，将直接向 MSC下发鉴权命令，否则，向相应的 HLR/AUC 请求鉴权参数，从 HLR/AUC 得到三参组，然后再向 MSC 下发鉴权命令。MSC 收到 VLR发送的鉴权命令后，通过 BSS 向 MS 下发鉴权请求，在该命令中含有
9、鉴权参数，MS 收到鉴权请求后，利用 SIM 卡中的 IMSI 和鉴权算法，得出鉴权结果，通过鉴权响应消息送达 MSC，MSC 将鉴权结果回送 VLR，由 VLR 核对 MS 上报的鉴权结果和从 HLR 取得的鉴权参数中的结果，如果二者不一致，拒绝此次接入请求，此次呼叫失败；如果二者一致则鉴权通过，鉴权通过后，VLR 将首先向MSC 下发加密命令，然后通知 MSC 该 MS 此次接入请求已获通过， MSC 通过 BSS 通知 MS 业务请求获得通过，然后 MSC 向 MS下发加密命令，该命令内含加密模式，MS 收到此命令并完成加密后，回送加密完成消息，到此 MS 完成了 整个接入阶段的工作。T
10、CH 指配阶段、取被叫漫游号码阶段主要信令：MA000003 GSM 通信流程Issue 3.3 第 1 章 呼叫过程的信令分析6BSAP MAP B MAP DAMS BS MSC VLRSET UPASIGN-REQASIGN-COMPI-REQCAL PCSET UPAUm HLR 被 叫 所 在 VLRS.FO.C (M CAL Routing Ifotmatin Resp) Send Routing IformationProvide MSRN eqPOV MSRN espCL POC IA(IM)MSC经过接入阶段和鉴权加密过程后，主叫用户的合法身份已经得到确认，已经接入了网络，为
11、继续进行呼叫，需要更为详细的信息，按照规范，此时 MS 将发送一个 set up 消息，在此消息中，携带有被叫号码和主叫标识等更为详细的信息 ，MSC 收到此消息后，首先通过 S.I.F.O 消息 向 VLR 查询该用户的相关业务信息，VLR 根据此次业务类别和开户时 MS 已经申请的业务信息，决定此次呼叫是否可以继续，如果可以继续，通过完成呼叫消息向 MSC 回送该用户数据，MSC 收到该信息后，通过呼叫继续消息，经 BSS 通知MS 呼叫在继续处理之中，然后，根据 A 接口电路情况，向 BSC 发送指配请求消息，在该消息中选定某条 A 接口电路，BSC 收到该指令后，向 BTS、MS 指定
12、无线资源， MS 收到该指令后，占用成功回送分配完成消息，到此 TCH 指配阶段完成，本局的无线资源和A 接口电路均已成功分配。MSC 收到 MS 上报的指配完成消息后，进行被叫分析，根据被叫号码，寻址到 HLR，发送路由信息请求消息，HLR 收到该消息后，根据被叫 IMSI 查询得到被叫所在的 VLR，向被叫所在的 VLR 请求漫游号码，被叫所在的 VLR 在受到请求漫游号码消息后，为对应的 MS 分配 MSRN，然后在请求漫游号码响应消息中回送给 HLR，HLR 得到该 MSRN 后，向主叫所在 MSC 发送路由信息响应消息，MSC 从该消息中得到被叫的 MSRN，根据 MSRN 进行局间
13、中继选路，并向被叫所在的 MSC 发送 IAI 消息。至此主叫信令流程基本结束。MA000003 GSM 通信流程Issue 3.3 第 1 章 呼叫过程的信令分析71.2 被叫信令流程对移动用户来说，被叫的过程从 MSC 向 BSC 发起对被叫用户的寻呼开始，到主叫和被叫通话为止。一般来说，被叫流程经过几个大的阶段：接入阶段，鉴权加密阶段，TCH 指配阶段，通话阶段。接入阶段主要包括：手机收到 BTS 的寻呼命令后，信道请求，信道激活，信道激活响应，立即指配，寻呼响应。经过这个阶段，手机和 BTS（BSC）建立了暂时固定的关系。鉴权加密阶段主要包括：鉴权请求，鉴权响应，加密模式命令，加密模式
14、完成，呼叫建立。经过这个阶段，被叫用户的身份已经得到了确认，网络认为被叫用户是一个合法用户。TCH 指配阶段主要包括：指配命令，指配完成。经过这个阶段，被叫用户的话音信道已经确定，被叫振铃，主叫听回铃音。如果这时被叫用户摘机，主被叫用户进入通话状态。被叫接入阶段、鉴权阶段主要信令流程 MA000003 GSM 通信流程Issue 3.3 第 1 章 呼叫过程的信令分析8MS-ABS-AMSC-A AUCHLR BS-MSC-BVLR-AUm B D UmVLR-B AB MS-B连 接 证 实 （ Con-firm）启 动 鉴 权接 入 请 求 接 受 （ Acept Aces Req)寻 呼
15、 响 应 （ Pagn Respone）寻 呼 （ i)处 理 接 入 请 求（ Proc Aes Rq)寻 呼 命 令 （ Pagin）为 来 话 发 送 信 息 （ S.FIC）鉴 权 请 求 鉴 权 请 求鉴 权 响 应鉴 权 响 应鉴 权 响 应鉴 权 响 应IA(M)完 成 呼 叫MA000003 GSM 通信流程Issue 3.3 第 1 章 呼叫过程的信令分析9MS-ABS-AMSC-A AUCHLR BS-MSC-BVLR-AUm B D UmVLR-B AB MS-B被 叫 摘 机提 醒 (ALERT)连 接 请 求CON ACK连 接 证 实 地 址 全 消 息 (ACM)
16、应 答 消 息 (ANC)通 话 CON ACK连 接 证 实CON 连 接ALET 提 醒SCOM指 配 完 成AS REQ指 配 请 求CAL ONF呼 叫 证 实SETUP呼 叫 建 立(回 送 用 户 信 息 )COM AL完 成 呼 叫1、 当一个端局 MSC 收到它局发送的 IAI 消息后，为了确定被叫用户是否能够接受此次呼叫， MSC 会首先通过 S.F.I.C 消息向相应的VLR 查询有关该被叫用户的用户信息，2、 如果 VLR 通过查询用户信息，发现该用户可以接受此次呼叫(未关机且允许接受呼叫)，会向 MSC 发送寻呼命令消息，在该消息中，含有用户的位置信息（LAI），3、
17、MSC 收到此信息后，查询数据，得到控制此位置区的 BSC 的信令点编码，向相应的 BSC 下发寻呼命令，BSC 通知所控制的BTS 在寻呼信道（PCH）下发寻呼消息。 MA000003 GSM 通信流程Issue 3.3 第 1 章 呼叫过程的信令分析104、 手机一直在侦听该信道，当收到寻呼自身的消息后，在随机接入信道（RACH）上报寻呼响应消息，（由于在 A 接口用到了SCCP 的有连接服务，所以寻呼响应同时被视为 SCCP 的连接建立请求消息，MSC 的 SCCP 层对应的应该回一个连接证实消息），5、 同时 MSC 向 VLR 发送处理接入请求消息，VLR 首先启动鉴权流程，查看该用
18、户的鉴权参数组，如果 VLR 中没有该用户的鉴权三参组，VLR 会发起向 HLR 取鉴权参数的过程（详细过程可以参见主叫用户的接入过程中的鉴权过程），否则 VLR 会直接向MSC 发送启动鉴权消息，6、 在启动鉴权消息中含有该用户的一个鉴权三参组（RAND，KC，SERS），MSC 收到该消息后，会继续通知对应的 BSC、BTS下发鉴权命令， 7、 MS 收到鉴权请求后，根据 SIM 卡中的 KI，计算出对应的 SERS，之后，将 SERS 在鉴权响应消息中上报 MSC，MSC 回送至VLR，8、 VLR 收到鉴权响应消息后，核对上报的 SERS 和从 HLR 得到的三参组中的 SERS 是否
19、一致，如果一致，向 MSC 发送接入请求接受消息，通知 MSC 该用户的此次接入请求被接受。并通过完成呼叫消息向 MSC 回送被叫的用户信息；如果不一致，此次呼叫将被拒绝。被叫 TCH 指配阶段、通话阶段主要信令流程：1、 MSC 收到完成呼叫消息后，向 BSS 侧发送 SETUP 消息，提示将建立呼叫，MS 收到该消息后，回送呼叫证实消息，2、 之后，MSC 选择相应的 A 接口电路，向对应的 BSC 发送指配请求消息 ，BSC 根据资源情况分配相应的无线资源，并通知MS，MS 占用成功后回送指配完成消息，同时被叫 MS 开始震铃，向其所在 MSC 回震铃消息，该 MSC 向主叫所在 MSC 回地址全消息，主叫所在 MSC 向 MS 发送被叫震铃消息，此时主机用户可以听到回铃音；被叫用户如果决定接受此次呼叫，按应答按纽，此动作被手机翻译成为 CONNECT 消息，向 MSC 发送，MSC 收到该消息后，向主叫 MSC 发送应答消息（ ANC），主叫
