GSM信令系统

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    在通信系统中，把协调不同实体所需的信息称为信令信息。信令负责通话的建立，GSM的信令包括传输(TX)、无线资源管理（RR）、移动管理（MM）、呼叫管理（CM）、以及操作、管理和维护（OAM）等功能部分。

GSM的信令系统的特点为:

• 统一的接口定义，可适应多厂商环境，特别是统一的A接口，可以使运营公司选用不同厂商生产的MSC和BSS组成系统；
• 信令系统严格分层，支持业务开放和系统互连。在网络侧，即MSC、HLR、VLR、EIR之间均采用和OSI 7层结构一致的7号信令系统。在用户接入侧，即MSC和基站间及空中接口均采用和ISDN用户－网络接口（UNI）一致的三层结构；
• 网络侧信令着眼于系统互连。由7号信令支持的统一的MAP信令使GSM系统可以容易地实现广域联网和国际漫游；灵活的智能网结构便于系统引入智能业务，实现快速增值；
• 用户侧信令着眼于业务综合接入，便于未来各类ISDN业务的引入，为向个人通信发展奠定基础。

1层次结构
    GSM中采用了OSI的分层协议结构。其中下一层协议为上一层协议提供服务，上一层协议利用下一层所提供的功能，上下层之间通过原语进行通信。在建立连接之后，对等层之间形成逻辑上的通路。在信令系统中，可简单分为物理层、链路层、网络层和各种高层应用。
    物理层定义了信令数据链路的物理、电气和功能特性以及链路接入方法信令数据链路是由两个数据信道组成的信令传输双向通路。这两个信道传输方向相反，在数字环境下，通常采用64kbit/s的数字信道。原则上可利用PCM系统中的任一时隙作为信令数据链路。实际系统中，常常在PCM一次群中采用TS16，在二次群中，按优先级下降次序选用TS67-TS70。这些数字通路可以通过交换网络的半固定连接通路和信令终端相连接，这种方式易于实现数据链路和数据终端设备的自动重新分配。信令数据链路也可以采用模拟通路，其传输速率不低于4.8kbit/s.通常经过调制解调器和信令终端设备之间相连，不通过交换网络连接。物理层是是信令的载体，如前所述，它可以是多种多样的，如光纤、PCM传输线、数字微波等，但是第一级的功能规范并不涉及具体的传输媒体，它只是规定传输速率、接入方式等信令链路的一般特性要求。实际采用的传输媒体的电特性、误差特性、可利用度等指标要求仍由相应的CCITT G系列建议规定。另外必须注意的是，信令数据链路的一个十分重要的特性是链路应该是透明的，即在它上面传送的数据不能有任何的改变，因此，在信令链路中不能接入回声抑制器、数字衰减器、A/u律变换器等设备。
    链路层负责把约定的消息变成码流，并提供一定的纠错能力和流量控制。它定义信令消息沿信令数据链路传送的功能和过程。它和物理层一起为两信令点之间的消息传送提供了一条可靠的链路。链路层的功能包括：
    --信号单元的定界和定位
    --信号单元的差错检测
    --通过重发机制实现信号单元的差错校正
    --通过信号单元差错率监视检测信令链路的故障
    --故障信令链路的恢复过程
    --信令链路流量控制
    网络层负责消息流的组织和路由，并行处理几个对话，保证提供多用户服务。
    高层主要是指在在前三层所提供的可靠传输的基础上所进行的各种应用。
    在GSM各接口的分层协议结构可由图1来表示：

图1 各接口协议分层表达

    GSM的信令功能分层模型包括5层：传输(TX)、无线资源管理（RR）、移动管理（MM）、呼叫管理（CM）、以及操作、管理和维护（OAM）等功能部分(见图2)。

图2 GSM 信令功能分层模型

其中RR层指的是在无线电接口上的传输进行管理的规约，并提供MS和BSC之间的稳定链路。BSS实现RR的大部分功能，主要涉及无线接口、Abis接口和A接口，其它功能模块还涉及七号信令接口。MM层一是管理包括位置数据在内的用户数据库，二是管理鉴权操作，SIM，HLR和AUC。NSS(主要是MSC)是CM层的一个重要要素。
2 网络结构
    GSM的各个组成部分与相关的接口和协议如图3：

图3 GSM各部分组成和接口协议

其中各个接口的协议见表1

表1 GSM各接口协议

    这里需要特别声明一点的是接口是指两个相邻实体间的连接点，它可以承载与不同实体对有关的消息流，即几种协议。

    对于移动通信来说，大部分的信令都是和移动台（MS）相关。移动台虽然只和BTS有接口，但发往BTS和从BTS发往MS的信令消息中还包括了MS与GSM网中其他设备之间的通信信息，即要在无线接口上传输各种不同的协议。因此在各接口上需要有专门的协议鉴别器（PD）和报文鉴别器（MD）来区分信令信息和哪个应用协议有关。这在信令的分析和处理时尤其要注意区分。
3 Um接口信令系统
    Um接口是MS与BTS之间的接口。从表1可以得知，Um接口的链路层为LAPDm，它是在固定网ISDN的LAPD协议基础上作少量修改形成的。修改原则是尽量减少不必要的字段以节省信道资源。由于TDMA系统提供了定位和信道纠错编码，因此取消了帧定界标志和帧校验序列。另外，还定义了许多简短的帧格式用于各种特定的情况。
    Um接口的网络层是收发和处理信令消息的实体。它包括了RR（无线资源管理）、MM（移动管理）、CM（呼叫管理）三个子层。

4 A接口信令系统

    A接口是BSC与MSC之间的接口。物理层是数字传输2048KBIT/S的E1线路，具体标准见G.703，G.704。数据链路层基于7号信令系统MTP2。网络层为MTP3和SCCP共同组成。提示使用SCCP的识别负责识别高层消息。网络层以上的高层协议为BSSMAP（BSS管理应用部分）和DTAP（直接传送应用部分）。其信令系统结构模型见图4:

图4 A接口上的协议分层结构

5 Abis接口信令系统

    Abis接口是NSS内BTS与BSC之间的接口。信令系统结构模型见图5:

图5 Abis 接口信令系统结构模型

所用的各层协议（除物理层）分别为：

• LAPD
• Traffic Management（业务管理）
• DTAP

6 MAP接口信令系统
    MAP是移动应用部分（Mobile Application Part）的意思，这里用来统称MAP接口是NSS内部的接口（见图3），每一接口上都有不同的协议堆成不同的层次，完成不同的功能。为了和现有的有线通信网很好的配合和过渡，MAP接口上均使用有线通信网上使用的7号信令系统，并根据GSM的特点，使用了TCAP和MAP来完成相应功能。MAP接口的分类和所使用的协议见表4：

表2 MAP接口的分类和所使用的协议

    其中由于在实际运营中，MSC和VLR是集成在一起的，所以MAP/B接口对于外部一般不可见。附录： 7号信令系统简介
    自70年代中期开始，基于程控交换机的大量应用和对通数字化及业务综合化的未来发展的预测，CCITT针对IDN（综合数字网）的应用，开始研究一种新的适合于数字通信网的共路信令系统（CCS Common Channel Signaling System），并于1980年提出了正式建议，这就是目前广泛使用的7号信令系统的MTP(消息传递部分)和TUP(电话用户部分)。1984年针对ISDN的应用又补充了ISUP(ISDN用户部分)和SCCP（信令连接控制部分）建议。1988年针对电路无关消息的应用，进一步补充了TCAP（事务处理能力应用部分）的建议，从而使七号信令系统成为一个比较完备的、能支持各种业务应用的信令系统。
    随着通信和计算机两大领域的互相渗透以及各种电信新业务的问世，电信网需要和许多智能数据终端相连，需要传送大量与电路无关的数据，包括各种复杂的网络管理和业务控制信息。这就要求信令系统具有更大的灵活性和开放性，能够适应计算机通信和电信网智能化发展的需要，因此，自80年代中期开始，CCITT在扩充7号信令系统的过程中，充分考虑了7号信令与OSI模型的一致性。新增设的功能模块均注意与OSI层次结构的对应，并且参照OSI结构预留了未来功能模块的位置。

    7号信令系统的总体目标是提供一个国际标准化的通用的信令系统。这就决定了整个系统必然包含许多不同应用的功能，而且结构上应该易于未来应用模块的灵活扩展。因此，7号信令系统区别于其它任何信令系统的一个重要特点就是采用了模块化的功能结构，实现在一个系统框架内多种应用并存的灵活性。对于一种应用来说，只用到系统的一个子集。

    根据这一思想，CCITT于1980年首次提出的7号信令系统建议将系统划分成一个公共的消息传递部分（Message Transfer Part-MTP）和若干个用户部分（User Part-UP）。MTP的功能是提供一个可靠的传递系统，保证两个不同地点UP之间传递的信令消息无差错、不丢失、不错序、不重复。MTP只负责消息的传递，不负责消息内容的检查和解释，用户部分则是为各种不同电信业务应用设计的功能模块，负责信令的生成、语法检查、语义分析和信令过程控制。它们体现了7号信令系统对不同应用的适应性和可扩充性。这里“用户”一词指的是任何UP都是公共的MTP用户，都要用到MTP传递功能的支持。具体模块及各模块之间的关系见图9。

图9 7号信令分层协议模块

    7号信令系统不但信令容量大、传输速度快，而且可以传递除电路接续信令以外的各种业务的控制信号和数据。使用7号信令的网络节点不但是程控交换的节点，还可以包括网管中心、业务控制点、网络数据库等各种智能节点，这正是通信网向智能化、综合化和个人化发展的要求。因此可以说，7号信令系统和数字传输、程控交换以及计算机智能控制构成了现代通信网的基石。

7号信令系统是以不等长消息的形式传送信令的。7号信令系统定义了三种基本的信号单元格式：信号消息单元（MSU－Message Signal Unit）、链路状态信号单元（LSSU－Link Status Signal Unit）、和填充信号单元（FISU－Fill-in Signal Unit）。其中MSU为真正携带消息的信号单元；LSSU为传送网络链路状态的信号单元；FISU不含任何消息，是在网络节点没有链路状态信息可以传送时，向对方发送的空信号，其作用是使信令链路保持通信状态，同时可以证实收到对方发送来的消息。