GSM网络及协议

一、GSM网络结构 二、GSM协议结构 三、空中接口协议 四、A接口协议 五、MAP协议 六、智能网(CAMEL) 七、通用分组无线业务（GPRS） 八、新业务 九、向3G的过渡

一、GSM网络结构

基本GSM网络结构 EIR GCR 中继交换机 或GMSC MS BTS BSC MSC CBC MSC HLR VLR AuC MC

GSM网话路结构

GSM网信令结构

GSM网信令与话路对应结构

二、GSM协议结构

制定GSM协议的国际组织： ETSI（欧洲电信标准委员会） GSM协议 01系列：概述、缩略语 02系列：业务描述、手机类型和特性等 03系列：网络结构和功能、业务实现等 04系列：空中接口协议 05系列：空中接口物理层，编码、调制、无线收发 06系列：语音变码、DTX、VAD等 07系列：终端适配功能（TAF） 08系列：A接口协议， Abis接口协议 09系列：网络设备间的接口协议（包括MAP） 11系列：手机与SIM卡接口等 12系列：操作维护、网管

GSM协议栈 MS BTS BSC MSC CM MM I MAP S BSSMAP TCAP U P / T SCCP SCCP U MTP MTP CM MM RR LAPDm Layer1 RR BSSAP SCCP BSTM LAPD Layer1 MTP RR’ BSTM LAPDm LAPDm Layer1 Layer1 GSM协议栈

三、空中接口协议

1、空中信道类型 （1）业务信道TCH 话音业务信道 数据业务信道 （2）控制信道 广播信道： FCCH（频率校正信道） SCH（同步信道） BCCH（广播控制信道） 公共控制信道CCCH： PCH（寻呼信道） AGCH（随机接入信道） PGCH（接入允许信道） NCH（通知信道）

专用控制信道 SACCH（慢速随路控制信道） FACCH（快速随路控制信道） SDCCH（独立专用控制信道） 小区广播信道CBCH

2、空中接口协议 04.02:：GSM Public Land Mobile Network (PLMN) access reference configuration 04.03 ：Mobile Station - Base Station System (MS - BSS) interface Channel structures and access capabilities 04.04： layer 1 General requirements 04.05： Data Link (DL); layer General aspects 04.06： Mobile Station - Base Station System (MS - BSS) interface Data Link (DL) layer specification 04.07 ：Mobile radio interface signalling layer 3; General aspects 04.08 ： Mobile radio interface layer 3 specification 04.10 ： Mobile radio interface layer 3; Supplementary services specification; General aspects 04.11 ： Point-to-Point (PP) Short Message Service (SMS) support on mobile radio interface 04.12 ： Short Message Service Cell Broadcast (SMSCB) support on the mobile radio interface".

3、空中接口第3层协议 RR：无线资源管理 MM：移动性管理 CM：连接管理： - Call Control (CC); 04.08 - Short Message Service Support (SMS);04.12 - Supplementary Services Support (SS);04.80 - Group Call Control;04.68 - Broadcast Call Control (BCC);04.69 - Connection Management of Packet Data on Signalling channels.04.63 （1）无线资源管理 建立、维护和释放手机和网络之间的无线连接，包括小区选择、切换等； 管理使用BCCH和CCCH的无连接的过程，包括寻呼、公共信息广播等。 例如：寻呼、信道请求、信道分配、系统信息、测量结果报告等。 （2）移动性管理 支持终端的移动性，包括通知系统终端的位置、用户身份认证、为CM层不同实体 提供连接管理。 例如：鉴权、位置更新、CM业务请求、TMSI重新分配等。

（3）连接管理 -CC ：呼叫的建立,释放等 -SMS ：支持点对点短消息业务 -SS：补充业务 -GCC -BCC -PDSS

4、协议流程举例 （1）手机主叫 （2）手机被叫 （3）位置更新

四、A接口协议

1、A接口协议 08.02：Interface principles 08.04： Layer 1 specification 08.06： Signalling transport mechanism specification for the Base Station System - Mobile-services Switching Centre (BSS - MSC) interface 08.08:：Mobile Switching Centre - Base Station System (MSC - BSS) interface; Layer 3 specification 08.20：Rate adaption on the Base Station System - Mobile-services Switching Centre (BSS - MSC) interface

-切换 2、A接口第3层协议 3、BSSMAP -资源分配 -资源释放 -寻呼 -加密 -资源指示 -负载指示 -排队 -完全层3消息 （1）BSSOMAP（BSS操作维护应用部分） （2）BSSAP（BSS应用部分） -BSSMAP（BSS管理应用部分） -DTAP（直接传送应用部分） 3、BSSMAP -资源分配 -资源释放 -寻呼 -加密 -资源指示 -负载指示 -排队 -切换 -完全层3消息

4、DTAP 手机和MSC之间的CC和MM消息，BSS并不分析第3层消息的内容，只是起转接作用，BSS需要建立空中接口信令信道和SCCP连接之间的对应关系。除了RR消息以外的空中接口消息都在A接口上以DTAP消息传送。

5、A接口消息流程举例 （1）主叫 （2）被叫 （3）切换

6、消息格式

BSSMAP消息 === Message Transfer Part === 81 Backward Sequence Number : 1 Backward Indicator Bit : 1....... A9 Forward Sequence Number : 41 Forward Indicator Bit : 1....... 0F Length indicator : 15 = MSU Spare : 00...... C3 Service Information Octet : C3h = nSCCP === Signalling Connection Control Part === C2 AE Destination Point Code : 5-216-2 = National point code B1 EB Originating Point Code : 5-216-6 = National point code Signalling link selection : 14 06 Message type : 06h = DT1 --- Data form 1 --- 00 07 EF Destination Local Reference : 15664896 --- Segmenting/reassembling --- 00 More Data : .......0 = No more data Spare : 0000000. 01 Pointer to Mandatory Parameters : 1 03 Length : 3 === BSS Application Part === 00 Spare : 0000000. Discriminator bit : .......0 = Not Transparent 01 Length : 1 === BSS Mobile Application Part 2+ === 02 Message Type : 02h = Assignment Complete

五、MAP协议

2、版本协商 1、过负荷控制方法： （1） 如果监测出一MAP实体过负荷，响应方可以对起始方请求的MAP操作不响应。 （2） 由于大多数MAP操作都在起始实体中由TC定时器监视着，因此对于来话业务可得到一个附加的延时效果。 （3） 若在位置寄存器中应用过负荷分层，可根据它们的应用上下文去掉MAP操作。 2、版本协商 采用一个应用上下文名（AC）的版本协商体系可用作运行MAP用户信令程序的两实体之间的规程版本的协商。 当开始一个信令程序时，MAP用户向MAP提供者提供一个应用上下文名。此名代表该对话所要求的应用层通信能力设备。它指明所要求的TC设备(即，版本1或2)和在对话期间可启动的操作的操作程序包清单(即各种操作的集)。 版本1的应用上下文名仅可以用MAP—U—ABORT转送至版本2或更高版本的实体中的同层用户(即仅能触发涉及MAP版本1中定义的通信能力的对话)。 如果所给的应用上下文名可以被对方实体所接受，该对话可以在此基础上继续，否则对话被拒绝并且作为起始方的用户需要使用另外一个只需低一级的通信能力但可提供类似功能(若可能)的应用上下文名来开始一个新的对话。 当一个信令程序可被以它们自己的版本号相区分的若干个应用上下文所支持时，MAP用户则需选择一个名字。也可选择所支持的最高版本名，也可以按照比较专用的策略选择名字，以至于为了将版本兼容所出现的问题减至最低而降低规约号。

TC-BEGIN（AARQ，用户信息中带有版本号） TC-U-ABORT（AARE） TC-BEGIN TC-CONTINUE

3、MAP模型 MAP由MAP业务提供者向其用户提供各种专门的业务。 MAP业务用户与MAP业务提供者在业务接口通过发/收MAP业务原语而互相作用。 MAP业务还被分为公共MAP业务，即对所有MAP用户皆可用以及MAP业务用户专用业务，它的业务仅对一个或若干个MAP业务用户使用而非全部。

4、MAP公共业务 - MAP-OPEN service; - MAP-CLOSE service; - MAP-DELIMITER service; - MAP-U-ABORT service; - MAP-P-ABORT service; - MAP-NOTICE service.

5、MAP专用业务 -移动性管理 -操作维护 -呼叫处理 -补充业务 -短消息 -Network-Requested PDP Context Activation services -位置管理

6、MAP业务原语与TC业务原语的对应关系

7、MAP提供层的功能 （1）对话建立 （2）对话继续 （3）对话结束 （4）对话拒绝

8、MAP 流程举例

六、智能网(CAMEL)

1、网络结构 SCP SSP HLR IP MSC/VLR CAMEL：移动网络增强逻辑的客户化应用

2、业务 （1）预付费（PrePay） （2）虚拟专用网（VPN）

七 通用分组无线业务 (GPRS)

1、GPRS网络结构 SMS-GMSC SMS-IWMSC SM-SC MAP-H MAP-C Gd MSC/VLR HLR MAP-D Gs Gc Gr TE MT BSS SGSN GGSN PDN Gb Gn Gi R Um Gp GGSN EIR MAP-F

2、GPRS协议栈——传输/用户平面 应用 IP/X.25/ CLNP SNDCP LLC RLC MAC PHY IP PSPDN 协议 MS BSS SGSN GGSN 应用 IP/X.25/ CLNP SNDCP LLC RLC MAC PHY IP/X.25/ CLNP GPRS 通道 IP PSPDN 协议 L2 L1 GPRS SNDCP 通道 LLC IP BSSGP L2 L2 PHY L1 LLC中继 RLC BSSGP MAC L2 PHY PHY Um Gb Gn

2、GPRS协议栈——信令平面 L3MM LLC BSSGP FR L1bis L3MM LLC RLC MAC GSM RF MS BSS SGSN L3MM LLC BSSGP FR L1bis L3MM LLC RLC MAC GSM RF LLC中继 RLC BSSGP MAC FR RF L1bis Um Gb

GTP：GPRS通道协议（GPRS Tunnel Protocol) PDU：分组数据协议（Packet Data Protocol) SNDCP：子网依赖会聚协议（Sub Network

八、新业务

1、计费通知（AOC） 手机从MSC接收带有计费信息参数（e1~e7），用计费公式计算话费。 引入CAMEL后，可以由SCP提供计费信息参数（e1~e7）。 （1）计费类计费通知（AOCC） SIM卡中存储金额，通话时减去所用话费 （2）信息类计费通知（AOCI） 手机只是显示话费 2、运营者闭锁（ODB） 为运营者提供管理用户的方法 3、闭合用户群（CUG） 提供类似虚拟小交换机的业务 4、呼叫等待（CW） 5、呼叫保持（CH）

6、SIM卡工具箱（SIM Tool Kit） SIM卡应用工具箱提供的机制是允许SIM卡中的应用与支持该应用的ME进行交互操作。 应用举例： （1） 主动式SIM卡：可以使SIM卡初始化ME的动作，这些动作包括 由SIM卡向ME显示文本； 发送短消息； 用SIM卡中的号码建立语音呼叫； 用SIM卡中的号码和承载能力建立数据呼叫； 发送SS控制或USSD字符串； 通过听筒放音； 初始化与用户的对话； SIM卡初始化请求和 EF(s)变化的通知 从ME向SIM卡提供本地信息。 （2）下载数据到SIM卡： 使用SMS点到点和小区广播的传送机制。

（3）SIM卡用主动式SIM卡命令提供一套菜单。菜单选择机制用于向SIM卡传送用户选择的SIM卡应用菜单项。 当SIM卡激活这个业务后，所有拨出的数字串、补充业务控制字串和USSD字串在ME建立呼叫、补充业务操作或USSD操作前先传递给SIM卡。如果支持$(CellidCC)$，ME也应同时向SIM卡传递其当前服务区信息。SIM卡具有允许、禁止或修改呼叫、补充业务操作或USSD操作的能力。SIM卡还具有用另一个呼叫请求、补充业务操作或USSD操作替换一个呼叫请求、补充业务操作或USSD操作的能力。例如，一个呼叫请求可以被一个补充业务操作或USSD操作替换，反之亦然。 （5）SIM卡的MO短消息控制 这个应用只在支持$(MOSMcontrol)$时有效。当SIM卡激活这个业务时，在ME发送短消息之前所有MO短消息首先传递给SIM卡。ME也应同时向SIM卡传递其当前服务区信息。在发送短消息之前，SIM卡应该具有允许发送、禁止发送或修改短消息目的地址的能力。 （6） 事件下载 只在支持$(Event)$时有效。SIM卡在主动式 SIM卡命令中提供一套用于监视的事件。事件下载机制用于当事件发生时向SIM卡传送事件细节。ME可以报告给SIM卡的事件包括呼入、位置状态和应用的屏幕显示能力。

7、USSD（非结构化补充业务数据） 由运营者定义其应用 8、一户多线 9、数据业务 IWF单元：速率适配、Modem池、传真适配器、信令 速率适配 信令支持

九 向3G的过渡

1、3G系统的主导原则 —— 接入网与核心网的划分 （1）接入网：使用户接入系统的所有功能，所有空中接口相关的功能在接入网部分完成，例如BSS。 （2）核心网：由交换网络和业务网络组成。 交换网络：包括呼叫及固定传输的承载控制功能，例如MSC。 业务网络：由支持业务的所有功能组成，例如HLR。 优点：核心网与接入网可以互相独立地演化。

2、ETSI的通用无线接入网(GRAN）概念 A/Gb Um GSM BSS Cu IWU1 GSM/UMTS CN GRAN USIM 终 端 IWU2 N-ISDN/UMTS CN Uu IWU3 B-ISDN/UMTS CN IWU4 PDN/UMTS CN Iu

3、ITU的家族概念 虚拟的IMT-2000参考系统，规定IMT-2000家族成员之间的接口。 属于IMT-2000家族的成员应能够支持IMT-2000的需求及能力。

4、GSM向3G的演化 HLR SCP MAP CAP BS 3G MSC/VLR PSTN/ISDN RNC BS MAP USIM ME 3G SGSN GGSN 分组数据网络 BS RNC Gn BS Iu

5、GSM向3G演化的实例1——TSM TSM：TD-SCDMA For GSM

6、GSM向3G演化的实例2——WCDMA接入 WCDMA接入网络与GSM核心网络之间的链路使用了最新的ATM模式微型小区传输规程，即异步传输模式第二适配层（AAL2：ATM AdaptionLayer2）。这种高效地处理数据分组的方法将标准E1/T1线路的容量提高到了大约300个话音呼叫。 双模终端将在GSM网络和UMTS/IMT-2000网络之间提供无缝的切换和漫游，在两个接入系统之间将有尽可能大的业务映象。 WCDMA使用与GSM相同的网络协议结构（信令），这样将能够使用现有的GSM网络作为核心网络基础设施。