GSM网络拓扑结构与信令流程(
GSM信令详解(完整版)
位置更新
MAP B MAP D VLR
BSSAP A MSC
HLR/AC 来访IMSI 3、鉴权参数请求(IMSI)
4、回送鉴权参数(IMSI,KC,S，R)
鉴权成功后重新分配TMSI,存储 新位置区LAI和CKSN 7、更新位置
5、 6、鉴权响应
位置更新
MS进入新位置区，新旧位置区在同一MSC覆盖区域内，即VLR并未改变
3、 4、鉴权响应（S）
3、 4、
4、SRES 5、启动加密(KC) 6、前传新TMSI 7、位置更新接受
鉴权成功后重新 分配TMSI，存储新位置 LAI和CKSN
8、 开 始 加 密 传 送 9、加密模式完成
8、加密模式命令（KC） 9、
12/84 12/43
基本信令流程
移动始发短消息的流程图。
MS MSC 接入请求过程同主叫过程 sms_message_transfer map_send_info_for_mo_smc map_forward_sms VLR HLR SMS_IWMSC
短消息流程
SC
sms_message_transfer
BSSAP A
MAP B MSC VLR
MAP D
HLR
AUC
业务请求（CM-SERV-REQ） CM-业务请求（CONN-REQ） CON-CONF(接续确认) CC
处理接入请求（PROC ACCES REQ） 鉴权参数请求 鉴权参数响应
AUT-INFO-REQ AUT-INFO-PROY
鉴权请求 鉴权响应
MSCa
MSCb
A Um
VLRb BSS2
超详细GSM信令流程
内容摘要
• GSM主叫信令流程 • GSM被叫信令流程 • GSM切换信令流程 • 系统消息及参数分析 • 案例分析
移动主叫流程一
移动主叫流程二
移动主叫流程三
1.Channel Request 信道要求
• MS通过动态地在RACH信道上发送一个随机接入脉冲 向一个BTS申请一条信道。在信道请求消息中包括了 建立的原因，这个原因可能是“寻呼响应”、“紧急 呼叫”、“移动主叫”、“短消息业务”或“其他”， 比如“位置更新”。此外，这条消息还包括随机参数， MS随机的选5个比特作为随机参数。这些参数的作用 是：当两个移动台同时接入网络时，网络能运用这些 参数来区分这些移动台。
Originating speech call from dual-rate MS when TCH/H is sufficient and supported by the MS for speech calls and the network sets NECI bit to 1
Answer to paging
2.Channel Required 信道请求
• BTS向BSC发一条申请信道消息。通过这条消息， BTS进一步向BSC传递由移动台发起的信道请求。信 道请求消息中除了包含信道要求消息中的一些消息外， 还包括由BTS加入的一些重要的附加消息和TA。
3.Chanel Activation Ack 信道激活证实
• 这是对信道激活消息的应答。当基站收发信台收到这 条消息后，它开始在SACCH信道发送和接受消息。
5.Immediate Assignment Command 立即指配命令
• 基站控制器告诉基站收发信台关于被使用的SDCCH信 道。
GSM网络结构和主叫信令流程
GSM网络结构和主叫信令流程1．GSM网络结构1.1.GSM系统网络简介GSM全名为：Global System For Mobile Communication （全球移动通信系统），是一种起源于欧洲的移动通信技术标准，是第二代移动通信技术，它采用数字通信技术、统一的网络标准，使通信质量得以保证，并可以开发出更多的新业务供用户使用。
一套完整的蜂窝移动通信系统主要是由交换网络子系统（SS）、无线基站子系统（BSS）、移动台（MS）及操作维护子系统（OMC）四大子系统设备组成。
GSM系统如图所示，SS系统包括有移动业务交换中心（MSC）、拜访位置寄存器（VLR）、归属位置寄存器（HLR）、鉴权中心（AUC）和移动设备识别寄存器（EIR）；BSS系统包括有基站控制器（BSC）和基站收发信台（BTS）。
图1.1 GSM系统网络图接口部分如上图所示，BSC与MSC之间的接口为“A”接口；移动交换中心与访问位置寄存器之间的接口为“B”接口；移动交换中心与归属位置寄存器之间的接口为“C”接口；归属位置寄存器与访问位置寄存器之间的接口为“D”接口；移动交换中心之间的接口为“E”接口；移动交换中心与设备标志寄存器之间的接口为“F”接口；访问位置寄存器之间的接口为“G”接口；BSS与MS之间的接口为“Um”接口；基站收发台与基站控制器之间的接口为“Abis”接口。
在模拟移动通信系统中，TACS规范只对Um接口进行了规定，而未对A接口做任何的限制。
因此，各设备生产厂家对A接口都采用各自的接口协议，对Um接口遵循TACS规范。
也就是说，SS系统和BSS系统只能采用一个厂家的设备，而MS可用不同厂家的设备。
组成部分简介及接口等。
1.2.交换网络子系统（SS）交换网络子系统（SS）主要完成交换功能和客户数据与移动性管理、安全性管理所需的数据库功能。
SS由一系列功能实体所构成，各功能实体介绍如下：1.2.1.MSC移动交换中心它是GSM网络系统的核心部分，是对位于它所覆盖区域中的移动台进行控制和完成话路交换的功能实体，也是移动通信系统与其它公用通信网之间的接口。
信令流程(图+介绍)
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。
网络收到SETUP消息，若接受请求，就回送CALL PROC（呼叫处理），表明正在处理呼叫，主叫MS处于等待状态。网络开始寻找被叫用户，若被叫也是GSM系统用户，其接入网络的方式与主叫类似。不同点有：（1）被叫MS收到网络发出的PAGINC（寻呼）消息后，才会提出信道请求；（2）被叫MS在与网络建立CC连接时，先由网络发下行的SETUP消息，MS回送CALLCONF（呼叫证实）消息。在CALL，PROC或CALL，CONF后，网络与MS之间CC层的连接建立。
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。
GSM网络陆地信令流程
GSM网络陆地信令流程1，GSM BSS系统软件模块结构（1），RSS（无线子系统）部分LAYER1（层1）：●下载固件●是RSS部分和硬件的接口链路●收集故障信息并汇报给FCP●为CRM做立即分配提供数据库●将layer2下行链路的信息翻译成DRI/DPR消息●将上行DRI/DPR的消息翻译成layer2的消息●支持在一个消息上进行多寻呼、多个立即分配、多个立即分配拒绝●有能力获得非同步切换的时间值并送到DRI中去LAYER2(层2)：LAYER2是处于layer1和RSS Abis（layer3）之间的链路。
Layer2执行数据链路层（OSI Layer2）的功能。
在规范TS GSM 04.05和TS GSM 04.06中，对Layer2从layer3到layer1的功能进行了定义。
这些功能是用来解释从层1和层3来的消息并对之作出反应。
层3消息通过此转换成LAPDm帧并传送到Layer1去。
LAYER2可直接处理最大为255Bytes的SMS消息；它也可证实SMS 消息及执行SMS消息的分割/组合等等。
ABIS：BSS软件模块结构ABIS接口可提供RSS和CP之间的接口和消息协议。
所有在CP和RSS之间传送的消息都将通过RSS的ABIS接口，连到CP的RRSM和RCI上。
主要的功能有：●初始化RSS的ABIS●检查下行消息的正确性●通过SWFM汇报、记录一些错误的状态●将下行消息翻译为RSS内部消息●将上行消息翻译为RSS-CP的接口消息●处理点对点的短消息HO进程：●控制手机的上行发射功率和TCU的下行发射功率●计算并控制手机的时间提前量●判断是否需切换●监控空闲信道的干扰●检查丢失的SACCH帧（2），呼叫进程（call processing）MTP L3/L2和SCCP预处理程序：●MTPL3用来维护MSC_BSS之间的信令链路●MTPL2用来负责对MTP的数据链路层的操作●SCCP预处理程序用来判断消息的类型（是DTAP or BSSMAP），并随后发送内部消息BSS软件模块结构SSM(SCCP State Machine)：SSM用来维持MSC接口的呼叫状态。
GSM信令流程总结
GSM信令流程总结呼叫建立阶段的信令流程如下：1.扫描和选择基站：移动台扫描周围的基站，并选择最强信号的基站进行连接。
2.建立无线连接：移动台发送连接请求给所选择的基站。
基站收到请求后，发送连接确认给移动台。
3.注册移动台：移动台通过发送注册请求将自己的位置信息注册到网络中。
基站收到请求后，发送注册确认给移动台。
4.寻呼移动台：当有呼叫或短信发送给移动台时，网络会发送寻呼请求给所在区域的基站。
基站通过广播方式将寻呼请求发送给所有的移动台。
5.移动台响应：移动台收到寻呼请求后，发送响应给所在区域的基站。
基站收到响应后，向核心网发送移动台的位置信息。
6.路径设置：核心网根据移动台的位置信息确定路由和传输路径，以确保呼叫可以正确连接。
呼叫释放阶段的信令流程如下：1.完成通话：通话结束后，通信控制器向基站发送释放请求。
2.呼叫释放确认：基站收到释放请求后，向核心网发送释放确认。
3.核心网清除连接：核心网收到释放确认后，清除与移动台的连接，并从网络中删除移动台的位置信息。
4.发送呼叫释放消息：基站向移动台发送呼叫释放消息。
5.移动台响应：移动台收到呼叫释放消息后，确认释放，并将自己恢复到空闲状态。
在整个信令流程中，GSM使用了多种信令协议和消息来实现不同的功能。
例如，移动台和基站之间使用的信令协议是GSM-MAP（Mobile Application Part），它用于处理移动台的位置注册和寻呼等功能。
通信控制器和核心网之间使用的协议是SS7（Signaling System No.7），它用于处理呼叫建立和释放的信令交换。
总结起来，GSM信令流程是一个复杂的过程，涉及到移动台和基站、基站和核心网之间的信令交换。
通过这个信令流程，GSM实现了移动通信网络中的呼叫建立和释放等功能，确保通信连接的可靠性和稳定性。
GSM信令完整流程
UL: AUTHENTICATION RESPONSE 鉴权响应
DL: CIPHER MODE COMMAND
UL: CIPHER MODE COMPLETE
DL: TMSI REALLOCATION COMMAND TMSI分配命令
UL: TMSI REALLOCATION COMPLETE TMSI分配完成
呼叫失败
Paging Request Channel Request Immediate Assignment CM Service Request System Information Type1（在一次呼叫过程中，若连续出现多个CM Service Request，则视为一次呼叫失败）
正常的呼叫流程
呼叫成功
2023最新整理收集 do something
Paging Request Channel Requet 信道请求 Immediate Assignment 立即指配 CM Service Request (CM连接管理层) CM Service Accept CM业务接收 Setup 建立 Call Proceeding 呼叫进程 Assignment Command 指配命令 Assignment Complete 指配完成 Connect/Alerting 响铃
感感
谢 阅
谢
读阅
读
Classmark Enquiry Identity Request Classmark Change Classmark Change Identity Response Tmsi Reallocation Command Tmsi Reallocation Complete Cm Service Accept Setup Call Proceeding Assignment Command Assignment Complete Alerting Connect Connect Acknowledge Disconnect Release Release Complete Channel Release
GSM系统构架与信令流程
GSM频段配置
DCS1800 频率MHZ
TACS/GSM 频率MHZ 960 950 基站发 射频率 基站发射 频率 935 45MHZ 双工间隔
中国GSM900使用频率 ①中国移动
1880
●上行频段：890-909 MHz（1-95） ●下行频段：935-954 MHz ②中国联通 ●上行频段：909-915 MHz（96124） 1805 ●下行频段：954-960 MHz 1785
1710
基站接收 频率
890
基站接 收频率
880
DCS1800
GSM
TACS/GSM
ETACS/EGSM
7
GSM频点号计算
GSM: 上行：890.2------915.0MHZ 下行：935.2------960.0MHZ 上行频率f(n)=890.2+0.2*（n）MHz；下行频率f(n)=935.2+0.2*（n）MHz 其中频点号N为1----124（共124个频点） EGSM: 上行：880.2------890.0MHZ 下行：925.2------935.0MHZ 上行频率f(n)=880+0.2（n-974）MHz；下行频率f(n)=925.2+0.2（n-974）MHz 其中频率号N975~1023（共49个频点） DCS1800： 上行：1710.2------1785.0MHZ 下行：1805.2------1880.0MHZ 上行频率f(n)=1710+0.2（n-511）MHz,下行频率f(n)=1805+0.2（n-511）MHz 其中,n为绝对频率号,从512~885（共374个频点）
GSM网络构架和信令流程
GSM网络基本知识
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用户状态（registered/deregistered）
移动用户漫游号（MSRN）传递
VLR功能与作用
VLR:Visitor Location Register 移动台状态 部分补充业务数据 移动站的位置登记(LAI) 临时移动用户识别号(TMSI)管理 MSRN管理
数字移动系统７号信令网结构
A平面
HSTP1
B平面
HSTP1
HSTP2
HSTP2
LSTP
LSTP
SP
SP
SP
LSTP
LSTP
SP
SP
数字蜂窝PLMN信令网
信令网组成
SP（信令点）、SL（信令链路）和STP（信令转接点）
SP:MSC/VLR、EIR、HLR/AUC SL:两接点间的PCM链路的一个或多个时隙 STP:转接信令
VLR
AUC功能与作用
鉴权和加密数据
Ki,RAND A3,A8算法 Kc,Sres
C
D H
BTS
A
BTS
MSC
E
BTS
MSC
F
鉴权（Authentication）
SIM
Sres Ki A3
A8 Kc
VLR
=? Sres Kc RAND
AUC
Sres A3 Ki
Kc
A8
RAND
加密（Ciphering )
– 1、7号信令协议群
• A接口 • NSS内部接口 • GSM与其余网络接口
– 2、GSM专用协议群：
• Abis接口、Um接口
移动 C7 信令协议群
OSI Layers
SS#7
Application 7
MAP
BSSAP
Presentation Session
6 5 电话用户 ISDN用户
TCAP
Inter-MSC Interface
3、 NO.7信令网简介
信令网与电话网是相互独立的网络，信令网作为专用 的信令网为各运营商的网元提供信令服务。 信令网采用三级结构（HSTP、LSTP、SP)。 其中SP是信令网传送各种信令消息的源点或目的地点， 公众电话网中的交换机、特种服务中心、移动网、智 能网、ISDN网元等都是信令网的SP。
目录
1、 GSM 网络拓扑结构 2、 GSM的信令协议结构 3、 NO.7信令网简介 4、 各层协议介绍 5、 TUP协议介绍 6、 ISUP协议介绍 7、 GSM 信令流程 8、 信令流程中重要定时器介绍 9、 重要信令消息内容详解 10、常用信令分析软件 11、基本信令分析方法
1、GSM 网络拓扑结构
(DATP+BSSMAP)
4
TUP
ISUP
Transportation 4
SCCP
Network
3
MTP 3
3
MTP 2
2
Link
2
MTP 1
Physical
1
2Mb/s Trunk
1
协议层名称
MTP－消息传递部分 SCCP－信令连接控制部分 MAP－移动应用部分 TCAP－事物处理应用部分 BSSAP－基站子系统应用部分 TUP－电话用户部分 ISUP－ISDN用户部分
BSC
(CM)
DTAP
(MM) (CM+MM)
RR BTSM Sig. layer 2 (LAPD)
Sig. layer 1
BSSMAP SCCP
MTP
MSC
CM MM
BSSMAP SCCP
I S MAP U TCAP P
SCCP
MTP
MTP
Um Interface
Abis Interface
A-interface
TMSC1
C口
TMSC2
H口
HLR
AUC
NO.7信令网
VLR MSC1
B口
BSC1
E口
BSC2 A口
BTS
ABIS口
BTS
MSC2 BSC3 BTS
UM口
ms
VLR
PSTN
MSC功能与作用
为其服务区内的移动用户提供交换和信令功能
呼叫处理
呼叫建立、连接与清除 切换过程 移动性管理
位置更新过程 用户身份识别 移动设备识别
DTAP Direct Transfer Application Part BSSMAP BSS Management Application Part CM Call Management MM Mobile Management RR Radio Resource Management BTSM BTS Management
GSM系统专用协议群
MS
CM MM
RR
Sig. layer 2 (LAPDm) Layer 1 (air)
BTS
(CM)
(CM)
(MM)
(MM)
(RR)
(RR)
RR'
BTSM
Sig. layer 2 Sig. layer 2 (LAPDm) (LAPD)
Layer 1(air) Sig. layer 1
Layer N Layer M Layer 2 Layer 1
Layer N
Layer M
SIM
MS
BTS
Speech,
Speech,
Sres Data
Data
Ki A3
无线通路
A8
A5
A5
Kc
VLR
Sres Kc RAND
2、 GSM的信令协议结构
BTS
BSC
MSC /VLR
CM
MM
RR
Transmission
HLR
GMSC
HLR GSM的协议结构
MS BTS
BSC MSC/VLR
两个主要协议群
SCCP Signalling Connection Control Part MAP Mobile Application Part TCAP Transaction Capability Application Part ISUP ISDN User Part MTP Message Transfer Part
LSTP(低级信令转接点):每省设置2-4个LSTP HSTP(高级信令转接点):每大区设置一个HSTP
三级信令网络结构
数字移动采用专用信令网结构
每个SP至少连接两个LSTP 每个LSTP至少连接两个HSTP HSTP双平面结构：每个HSTP分设A、B平面
4、 各层协议介绍 层次化系统设计
操作与维护
数据库管理
测量
人机接口（MMI）
网间互通
计费
MSC
HLR功能与作用
HLR:Home Location Register
用户识别号（IMSI,MSISDN）
当前用户的VLR（当前位置）
HLR
业务能力、业务限制信息
电话号码）