GSM信令流程和分析

1、1信令分析與優(yōu)化信令分析與優(yōu)化2一、網(wǎng)絡(luò)話(huà)音接續(xù)過(guò)程分析；二、BSS信令流程分析；三、典型出錯(cuò)流程分析。目錄3一、一、網(wǎng)絡(luò)話(huà)音接續(xù)過(guò)程分析網(wǎng)絡(luò)話(huà)音接續(xù)過(guò)程分析4GSM的特點(diǎn)5GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)MSCBSCBSCBTSBTSMSEIRMSCMSBTSBTSOMCHLRVLRPSTNISDNPDNUmAbisAAUC67PLMN接口配置89各模塊功能（一）MSC (Mobile service Switching center)：移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)業(yè)務(wù)交換功能10各模塊功能（二）VLR (Visitor Location Register)：拜訪(fǎng)位置登記處。實(shí)際上是一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，儲(chǔ)存用戶(hù)信息，主

2、要包括： MSRN (Mobile Station Roaming Number) : 移動(dòng)臺(tái)漫游號(hào)碼 TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identification) : 臨時(shí)移動(dòng)用戶(hù)身份 移動(dòng)臺(tái)登記的位置區(qū)（LAC） 與補(bǔ)充業(yè)務(wù)有關(guān)的數(shù)據(jù)有關(guān)用戶(hù)數(shù)據(jù)在GSM03.08中描述11各模塊功能（三）HLR (Home Location Register)：歸屬位置登記處。實(shí)際上是一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，主要儲(chǔ)存二類(lèi)數(shù)據(jù)： 用戶(hù)數(shù)據(jù)，主要包括： 用戶(hù)的身份IMSI (International Mobile Subscriber Identification) 用戶(hù)ISDN號(hào)

3、碼 VLR地址 用戶(hù)的位置信息有關(guān)用戶(hù)數(shù)據(jù)在GSM03.08中描述12各模塊功能（四）AUC (Authenticate Center) : 鑒權(quán)中心，用于對(duì)用戶(hù)身份的鑒別EIR (mobile station Equipment Identity Register) : 移動(dòng)臺(tái)設(shè)備身份登記處，用于儲(chǔ)存及鑒別移動(dòng)臺(tái)的設(shè)備身份。13移動(dòng)主叫（MO）過(guò)程BSSVMSCVLRVPLMNIAM（ISUP）SIFOCComplete callUmABIAM : Initial address messageISUP : ISDN user partSIFOC : Send information for

4、 outgoing call參見(jiàn)參見(jiàn)GSM 03.1814MO 信令流程MSVMSCVLRBSSCM service reqCM service reqProcess access reqAuthenticateAuthenticateAuthenticateAuthenticate respAuthenticate respAuthenticate ackSet cipher modeStart cipheringCipher mode cmdProcess access req ackCipher mode compCipher mode compsetupSIFOCComplete ca

5、llAllocate channelAssignment cmdAssignment compAllocation completeCall proceedingIAMACMANMAlertConnectConnect ack參見(jiàn)參見(jiàn)GSM 03.1815移動(dòng)被叫（MT）過(guò)程BSSVMSCVLRVPLMNIAM (ISUP)SIFICPage/ackComplete callUmAB參見(jiàn)參見(jiàn)GSM 03.18GMSCHLRIAM(ISUP)Send routeing info/ackProvide roaming number/ack16MT獲取路由信息GMSCVMSCVLRHLRSRIIAM

6、PRNPRN ackSRI ackIAMSRI: Send Routeing InformationPRN: Provide Roaming NumberIAM: Initial Address Message參見(jiàn)參見(jiàn)GSM 03.1817江蘇上海北京MSRN路由接續(xù)的機(jī)理TMSCMSC/VLRTMSCGMSCIAMHLRMSC/VLRTMSCMSC/VLR0210216495SRIPRN021-649577006495xxxx6485xxxSRNMSISDNMSRN64957700649577016495ABCD

7、0123HLR號(hào)號(hào)18GMSCVLRVMSCBSSMSIAMSIFICPage MSPagePageChan reqImm assPage respMS connestabProcessAccess reqSet ciphermodeProcessAccess req ackStart cipheringCipher mode cmdCipher mode cmpCipher mode cmpComplete callSetupCall confAllocate chanAss cmdAss cmpAllocation cmpAllertingACMConnectANMConnect ackC

8、omplete callackMT信令流程參見(jiàn)參見(jiàn)GSM 03.1819位置更新過(guò)程VLRHLRVLRBSSVMSCUmABnewoldLoc uptcancellationId inquiringLocation Update 的起因：的起因：1） SIM卡第一次使用卡第一次使用2）位置區(qū)發(fā)生變化）位置區(qū)發(fā)生變化3）周期位置更新）周期位置更新4）IMSI attach/dettacheDDG參見(jiàn)參見(jiàn)GSM 03.2020位置更新流程 (1)在同一MSC中的位置更新MSVMSCVLRBSSLoc upd reqLoc upd reqLoc area updAuthenticateAuthent

9、icateAuthenticateAuthenticate respAuthenticate respAuthenticate ackSet cipher modeStart cipheringCipher mode cmdLoc upd accCipher mode compCipher mode compLoc upd accTMSI ackTMSI reallocation cmp參見(jiàn)參見(jiàn)GSM 03.2021位置更新流程 (2)在同一VLR但不同MSC中的位置更新MSVMSCVLRBSSLoc upd reqLoc upd reqLoc area updAuthenticateAuth

10、enticateAuthenticateAuthenticate respAuthenticate respAuthenticate ackSet cipher modeStart cipheringCipher mode cmdLoc upd accCipher mode compCipher mode compLoc upd accTMSI ackTMSI reallocation cmpHLRLoc upd reqLoc upd ack參見(jiàn)參見(jiàn)GSM 03.2022位置更新流程 (3)在新的VLR中的位置更新，原VLR可及MSVMSCVLRnBSSLoc upd reqLoc upd r

11、eqLoc area updAuth.Auth.Auth.Auth. respAuth. respAuth. ackSet ciph. modeStart cipheringCiph. mode cmdLoc upd accCiph. mode cmpCiph. mode cmpLoc upd accTMSI ackTMSI reallocation cmpHLRLoc upd reqLoc upd ackVLRoId reqId respCancellation.Cancellation ack參見(jiàn)參見(jiàn)GSM 03.2023位置更新流程 (4)在新的VLR中的位置更新，原VLR不可及MSVM

12、SCVLRnBSSLoc upd reqLoc upd reqLoc area updAuth.Auth.Auth.Auth. respAuth. respAuth. ackSet ciph. modeStart cipheringCiph. mode cmdLoc upd accCiph. mode cmpCiph. mode cmpLoc upd accTMSI ackTMSI reallocation cmpHLRLoc upd reqLoc upd ackVLRoCancellation.Cancellation ackId req.Id req.Id req.Id respId re

13、spId resp參見(jiàn)參見(jiàn)GSM 03.2024位置更新流程 (5)在新的VLR中的位置更新，原VLR可及，但信息丟失MSVMSCVLRnBSSLoc upd reqLoc upd reqLoc area updAuth.Auth.Auth.Auth. respAuth. respAuth. ackSet ciph. modeStart cipheringCiph. mode cmdLoc upd accCiph. mode cmpCiph. mode cmpLoc upd accTMSI ackTMSI reallocation cmpHLRLoc upd reqLoc upd ackVLR

14、oCancellation.Cancellation ackId req.Id req.Id req.Id respId respId respunknownId req.參見(jiàn)參見(jiàn)GSM 03.2025用戶(hù)身份鑒權(quán)過(guò)程參見(jiàn)參見(jiàn)GSM 03.20Um網(wǎng)絡(luò)A3A3? =Yes/noKiRANDRANDSRESKi( Authentication req. )( Authentication resp. )Ki : individual subscriber authentication key26安全相關(guān)信息獲取VMSCVLRSecurity Related Infomation RequestH

15、LR/AuCA3KiRAND產(chǎn)生產(chǎn)生參見(jiàn)參見(jiàn)GSM 03.20Authentication Vector ResponseSRES(1,2,n) , RAND(1,2,n)27鑒權(quán)過(guò)程（1）在新的VLR中做位置更新，采用TMSIMSMSC/VLRnBSSLoc upd reqLoc upd reqTMSIoAuth.Auth.MSC/VLRo參見(jiàn)參見(jiàn)GSM 03.20( LAI, TMSI )( LAI, TMSI )IMSIRAND(1n)SRES(1n)28鑒權(quán)過(guò)程（2）在新的VLR中做位置更新，采用IMSIMSMSC/VLRnBSSLoc upd reqLoc upd reqSec.Re

16、l.Info.reqAuth.Auth.( LAI, IMSI )( LAI, IMSI )RAND(1n)SRES(1n)HLR/AuC參見(jiàn)參見(jiàn)GSM 03.2029鑒權(quán)過(guò)程（3）在新的VLR中做位置更新，采用TMSI，TMSI在原VLR中未知參見(jiàn)參見(jiàn)GSM 03.20MSMSC/VLRnBSSLoc upd reqLoc upd reqTMSIoAuth.Auth.MSC/VLRo( LAI, TMSI )( LAI, TMSI )unknowSec.Rel.Info.reqRAND(1n)SRES(1n)HLR/AuCId req.Id req.IMSIIMSI本流程屬于異常情況30鑒權(quán)

17、流程（4）參見(jiàn)參見(jiàn)GSM 03.20在新的VLR中做位置更新，采用TMSI，原VLR不可及MSMSC/VLRnBSSLoc upd reqLoc upd reqAuth.Auth.( LAI, TMSI )( LAI, TMSI )Sec.Rel.Info.reqRAND(1n)SRES(1n)HLR/AuCId req.Id req.IMSIIMSI本流程屬于異常情況31鑒權(quán)過(guò)程的其它參見(jiàn)參見(jiàn)GSM 03.201. 如果用TMSI鑒權(quán)失敗，是否需要再用IMSI鑒權(quán)？答案：是。但作為選項(xiàng)，運(yùn)營(yíng)商可以規(guī)定在TMSI鑒權(quán)失敗后拒絕后續(xù)操作。2. 在故障情況下的處理* VLR中的每組三件套用過(guò)一次后

18、可以刪除，也可以不刪除但標(biāo)記為已用；* 當(dāng)VLR中的三件套都用過(guò)后，應(yīng)該向HLR申請(qǐng)新的三件套；* 一旦獲得新的三件套，VLR將儲(chǔ)存的用過(guò)的所有三件套刪除；* 若申請(qǐng)過(guò)程出現(xiàn)故障，則VLR可以重復(fù)使用已用過(guò)的三件套，但三件套允許重復(fù)的次數(shù)是受限的。32信息加密與解密A5A5Count ( = TDMA Frame Number = ) Count114 bits加密塊加密塊114 bits加密塊加密塊BLOCK1BLOCK1114 bit信息塊信息塊114 bit信息塊信息塊KcKc Kc：密鑰，：密鑰，64 bits Count：22 bits BLOCK1，BLOCK2：114 bitsC

19、hannel參見(jiàn)參見(jiàn)GSM 03.2033Kc的產(chǎn)生參見(jiàn)參見(jiàn)GSM 03.20Um網(wǎng)絡(luò)A8A8KiRANDRANDKi( Authentication req. )Ki : individual subscriber authentication key儲(chǔ)存儲(chǔ)存 Kc儲(chǔ)存儲(chǔ)存 Kc34二、二、BSS信令流程分析信令流程分析35 基站子系統(tǒng)(BSS)組成基站控制器BSC基站收發(fā)信機(jī)BTS無(wú)線(xiàn)操作維護(hù)中心OMC-R碼變換器TC(Transcoder)UM接口MSAbis接口接口BTSOMC-RBSCTCBTS36各模塊功能MS (Mobile Station)：移動(dòng)臺(tái)，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)終端功能BTS (B

20、ase Transceiver Station)：基站收發(fā)信臺(tái)，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)通信系統(tǒng)與MS之間的無(wú)線(xiàn)通信BSC (Base Station Controller)：基站控制器，實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)到交換系統(tǒng)的集線(xiàn)功能、無(wú)線(xiàn)資源管理功能以及其它與無(wú)線(xiàn)相關(guān)的控制功能OMC (Operation and Maintenance Center)：操作維護(hù)中心，提供人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)設(shè)備的監(jiān)測(cè)和控制功能37BSC框架交換網(wǎng)絡(luò)處理器DTDTAAbis38BTS框架發(fā)信機(jī)收信機(jī)合分路器調(diào)制器解調(diào)器交織反交織編碼譯碼編碼譯碼基站接口信令處理Abis39Um接口物理信道幀結(jié)構(gòu)204720462101個(gè)超高幀2048個(gè)超幀0

21、12345671個(gè)幀8個(gè)時(shí)隙0252410504911個(gè)復(fù)幀26個(gè)幀1個(gè)復(fù)幀51個(gè)幀0504910252411個(gè)超幀51個(gè)復(fù)幀1個(gè)超幀26個(gè)復(fù)幀40Burst type 正 常 突 發(fā)（NB） 頻 率 突 發(fā)（FB） 同 步 突 發(fā)（SB） 接 入 突 發(fā)（AB） 假 突 發(fā)（DB）時(shí)隙長(zhǎng)度為156.25比特，保護(hù)段8.25比特尾比特：3比特，000尾比特 信息比特 訓(xùn)練序列 信息比特 尾比特尾比特 全0碼 尾比特尾比特 信息比特 擴(kuò)展訓(xùn)練序列 信息比特 尾比特尾比特 訓(xùn)練序列 信息比特 尾比特 保護(hù)段尾比特 填充比特 尾比特41邏輯信道 業(yè)務(wù)信道業(yè)務(wù)信道TCH 控制信道控制信道CCH42Tr

22、affic channelTCHSpeechDataTCH/HSTCH/FSTCH/9.6TCH/2.4TCH/4.8SACCHFACCHTCH業(yè)務(wù)信道43Control channelCCHDCCHSDCCHACCHSACCHFACCHCCCHRACHCBCHPCH/AGCHBCCHBCCHSCHFCCH控制信道44信道組合i) TCH/F + FACCH/F + SACCH/Fii) TCH/H(0,1) + FACCH/H(0,1) + SACCH/TH(0,1)iii) TCH/H(0,0) + FACCH/H(0,1) + SACCH/TH(0,1) + TCH/H(1,1)iv)

23、FCCH + SCH + BCCH + CCCHv) FCCH + SCH + BCCH + CCCH + SDCCH/4 + SACCH/C4vi) BCCH + CCCHvii) SDCCH/8 + SACCH/C8CCCH = PCH + RACH + AGCH45GSM系統(tǒng)信令結(jié)構(gòu)UmAbisABTSBSCMSCL1L2L3MSTDMALAPDmRRMMCMTDMAPCMLAPDmLAPDRRBTSMPCMLAPDRRBTSMPCMBSSMAPSCCPMTPPCMBSSMAPSCCPMTPMMCMMSTDMA : Time Division Muple AccessLAPDm: Lin

24、k Access Protocol for Dm ChannelRR : Radio ResourceMM : Mobility ManagementCM : Connection ManagementPCM : Pulse Code ModulationLAPD : Link Access Protocol for D channelBTSM : Base Transceiver Station ManagementMTP : Message Transfer PartSCCP : Signalling Connection & Control PartBSSMAP: Base Statio

25、n System Mobile Application PartL1 : Layer 1L2 : Layer 2L3 : Layer 346MSBSCChannel activation ackChannel activationEncryption commandChannel requiredComplete Layer 3 Info.Authentication requestCall proceedingCipher Mode CompleteSABM(cm_serv_req)Immediate assign commandestablish indicationBTSChannel

26、requestUA(cm_serv_req)Cipher Mode CommandImmediate assignment MSCAuthentication responseSetupCipher Mode CommandCipher Mode Complete主叫流程之一47主叫流程之二MSBSCBTSMSCAssignment RequestChannel activation ackAssignment commandestablish indicationAssignment CompleteAssignment CompleteDeactivate SACCHRelease req

27、uestRelease confirmRF Channle releaseRF Channel release ackAlertingConnectConnect acknowledgeSABMUAChannel activation48MSBSCBTSMSC主叫流程之三Channel ReleaseRelease CompleteReleaseClear CommandRF Channle releaseDISCDeactivate SACCHRF Channel release ackRelease IndicationUADisconnectClear Complete49被叫流程之一M

28、SBSCBTSMSCChannel activation ackChannel activationEncryption commandChannel requiredComplete Layer 3 Info.Authentication requestCall confirmCipher Mode CompleteSABM(pag_resp)Immediate assign commandestablish indicationChannel requestUA(pag_resp)Cipher Mode CommandImmediate assignment Authentication

29、responseSetupCipher Mode CommandCipher Mode CompletePaging CommandPaging RequestPaging50被叫流程之二MSBSCBTSMSCAssignment RequestChannel activation ackAssignment commandestablish indicationAssignment CompleteAssignment CompleteDeactivate SACCHRelease requestRelease confirmRF Channle releaseRF Channel rele

30、ase ackAlertingConnectConnect acknowledgeSABMUAChannel activation51MSBSCChannel activation ackChannel activationEncryption commandChannel requiredComplete Layer 3 Info.Authentication requestTMSI reallocation completeCipher Mode CompleteSABM(loc_upd_req)Immediate assign commandestablish indicationBTS

31、Channel requestUA(loc_upd_req)Cipher Mode CommandImmediate assignment MSCAuthentication responseLocation updating acceptCipher Mode CommandCipher Mode Complete位置更新流程之一52MSBSCBTSMSC位置更新流程之二Channel ReleaseClear CommandRF Channle releaseDISCDeactivate SACCHRF Channel release ackRelease IndicationUAClear Complete53MSBSCBTS1BTS2內(nèi)部切換流程Channel activationChannel activation ackMeasurement resultHandover commandMeasurement reportHandover accessHandover completeSABMUAHandover completeHandover perfor