GSM信令流程

信令流程的详细描述

手机空闲状态下的工作

当手机进入空闲模式下后，手机先对该服务小区的系统消息进行按TC顺序进行分析，若是GSM900M的话，将会系统接受SYSTEM INFORMATION TYPE 1、TYPE2、TYPE3、TYPE4；若是GSM1800M的话，则会系统接受TYPE1、TYPE2、TYPE2 BIS、TYPE3、TPPE4；若是双频网络的话会系统接受TYPE1、TYPE2、TYPE2 BIS、TYPE2 TER、TYPE3、TPPE4；每个系统消息相隔一个51复祯，中间还要根据noofMultiFrameBetweenPaging参数所定义的时长到所指定的寻呼块来接受系统的寻呼消息（一般在寻呼业务量大的地方，或邻小区多的地方该值定义的较小，即定义了手机不连续接受的时长，该值越大，在该服务区的手机就越省电，如市区可定义为2即手机在102祯内收听一次寻呼消息，郊区可定义为4或6），在手机完成对系统消息的测量后，就进入休息状态，仅在指定的寻呼块内受听寻呼消息并同时测量邻小区的BCCH的接收电平，在30秒左右的时间内又将会去收听系统消息，来判断小区重选的进程。

现对手机发起呼叫的流程进行分析：

1) MS通过RACH信道先发起一channel request 消息（8bits），其中包括请求信道原因及一个随机参考值，来等待AGCH信道的指派，此时MS在物理信道TS0上等待BSC给它分配无线资源。（BSC管理的仅是逻辑信道资源，而BTS则完成逻辑信道和物理信道的对应）。

2) BTS在对channel request 消息进行分析后，再附上对MS到BTS间传输时延的估计作为初始化TA值及接收电平等，向BSC发出channel required的消息。

3) BSC则通过对基站送来的channel required进行分析,来判断它所需要的无线资源，对于不同原因引起的信道请求记入相应的子计数器中(如位置更新请求、寻呼应答请求、呼叫重建请求、紧急呼叫请求、IMSI ATTATCH/DETTACH、全/半速率TCH请求)。根据请求的信道，BSC若现有该信道资源就发出channel activation的命令将该信道激活（其中初始化TA值由BSC提供），此时系统就认为该资源以分配出去，若此时无SDCCH信道但有TCH信道而系统允许早期分配模式，则可激活TCH信道作信令信道用。

4) 在BSC发出channel activation后，当该CELL有可用的信令资源时，即向BSC发出channel activation ack的响应，该消息中有对此信道的描述，如时隙号等等。若系统资源以被分配出去，则CELL向BSC发出ImmediateassignmentReject，拒绝的原因有如MSC话务关闭、无线资源缺乏、TA值超出界限、信道激活无应答、BSC话务超载等，在收到该消息后BSC可决定在一定的时间内不许给该MS分配信令资源（可在信令资源紧张的地区加大该限时器）。

5) 若BSC收到了信道激活的回应，就会按照该消息所提供的被激活信道的信息来发出Immediate assign command(其中包含分配给该MS的信道描述，初始TA值、初始最大发射功率、及有MS信道请求时的8bit的内容、及BTS收到信道请求时的TDMA祯号和跳频表)，MS将收到的分配指令与与自身发出的信道请求相比较，以做出正确的响应，这条消息将在AGCH信道上发出。

6) 当MS收到立即指派命令后，就将它的收发配置调整到指定信道上来，按照BSC指定的TA值和初始化最大发射功率（可参照参数msTxPwrMaxCCH所定义的）开始传输信令。MS在所分配上的新的SDCCH/TCH信道上所做的第一件事情是发送一个SABM祯建立异步平衡模式（服务接入点类别SAPI=0），用于建立证实模式下的信令消息连路层连接这是第一个第三层消息，在GSM规范中SABM祯带有一个不重要的信令消息，用于对MS正确性的确认，为了避免一些MS同时发送内容一样的信道请求（此时BSS只会应答其中之一，而此时两个MS却同时响应到同一专用信道上），BTS在收到SABM后就会向MS发一个UA祯，来核对该MS的一个特征信息，如MS收到的UA祯的特征信息与SABM祯发出的不一样，它就放弃这个信道，开始重新接入过程，只有核对一致的MS留在这个信道上，特征信息来自MS的接入。

7) 在BTS收到SABM祯后会同时向BSC发出establish indication消息，它会携带在MM cm_service_request中。

8) BSC收到establish indication消息后,就会向MSC发出complete layer3 info.（该消息是一CM 业务请求消息），用来申请与MSC建立SCCP层连接,该消息中带有申请CM业务的原因如移动主叫、紧急呼叫、位置更新及短消息业务等；并带有密钥序列号；带有该MS的一些物理消息如发射功率等级、支持加密算法否、伪同步的能力及短消息的能力等，并有该MS的识别号。在MSC收到此消息后，即向BSC发出connection confirmed消息，若无资源则发出SCCP refused消息，至此接入过程结束，MS与MSC 之间的信令链路已经建立，MSC以能够控制RR管理的传输特性，BSS处于监视传输质量和随时准备切换的运行状态。

9) 当收到MS的CM业务请求消息后，MSC/VLR应以肯定答复Authentication request(鉴权请求)或CM service accept(CM 业务接受)，当然也可以发出CM业务拒绝，它是一个DTAP消息。系统在鉴权请求消息中包含一个随机数（RAND），共128bit，SIM卡上的用户密钥Ki与这个随机数经手机的A3算法，产生一个32bit的应答数SRES m（与此同时MS还要将Ki和RAND再通过A8算法得出一64bit的Kc，并将它保存在SIM卡内，以后按系统指令决定是否激活加密传输），MS再通过Authentication RESPONSE消息将它送回系统，因Ki值作为用户数据存在VLR或HLR中，在系统一侧也会进行与MS相同的算法，产生一个SRES数和Kc存在VLR中，系统则会将这两个值相比较，若相同则MSC会给MS发一个MM service accept消息，若不同则鉴权失败，系统会拒绝MS的继续接入。此时鉴权过程结束。注：一般在MSC/VLR和HLR/AUC都可执行A3和A8算法，但MSC/VLR算起来比较麻烦，而HLR/AUC存有Ki值算起来简单的多而且可以很好的解决保密性和漫游的的问题，但却增加了HLR至MSC的信令量，因而每次计算，HLR/AUC都会将这三个结果值送到MSC/VLR中，即RAND，SRES和KC，以被选用。

10) 此时MSC会向BSC发一条BSSMAP Ciphering Mode Command的消息，在该消息中包含着密钥Kc，BSC接着会向MS发出RR Ciphering Mode Command来通知MS进入加密模式（这时基站也进入解密的模式下 ），MS收到该指令后 就会转入加密模式的发送与接收，并向系统发出发出 RR Ciphering Mode COMPLETE 消息。是否采用加密由系统决定，产生加密码的算法称为A5算法，它是利用Kc（64比特）值和当前脉冲串的祯号（22比特）进行计算的，以产生一个114比特的加密序列来和114比特的无线脉冲码进行异或操作。因而网络端的KC一定要与MS端的KC值一样，为了防止它们不一样，GSM定义了一个CKSN（加密钥序列号），包含在鉴权请求消息中，将于KC一同存在SIM卡中，同时也存于MSC/VLR中，当MS初始接入时，都把CKSN一起送到MSC/VLR中，MSC/VLR将它与上一次使用的CKSN号进行校验，如果不一至，则在加密之前要进行鉴权过程，若CKSN=0则表示没有分配KC。

注：使用TMSI的目的是为了尽量减少在空中接口上使用IMSI，TMSI是由LAI和临时分给指定用户的一组数字组成（TIC），大多数无线接入是在MS已经注册的LAC中进行，因此TIC就足以对应一个MS，而LAI是一个隐含值，只有MS需要执行位置更新时才要使用完整的TMSI。TMSI是由MSC/VLR管理，当MS首次在一个LAC中注册时才分配给它，并在离开该LAC时注销，TMSI的注销是自动的，当MS收到新的TMSI时自动取代原TMSI 。

11) 在鉴权加密过程完毕之后，系统要向MS发出CM SERVICE ACCEPT消息或TMSI REALLOCATION（TMSI 的重新分配），此时MS开始进入呼叫建立过程，它的向系统发出的第一个呼叫控制消息是SETUP消息，该消息包含着被叫号码和所需业务等许多内容（对于数据业务这种说明可以比较长而且详细，对于补充业务还可以包含各种附加的信息），此时MSC就能够根据它来进行呼叫接续。当MSC收到SETUP消息后要分析出用户的请求并根据本身的能力（是否有该项业务，主叫用户原来注册的业务，以及网络本身的资源能力等等）核对是否能接纳这种需求，若某些项目不能通过，则向MS发出RELEASE COMPLETE （释放完成）的消息，呼叫建立就此失败，以后MS再将底层的连接释放掉，然后转入空闲状态。若可以通过，则MSC就向被叫端发出IAM消息，并向MS发出CALL PROCEEDING（呼叫继续）的消息表示主叫用户的呼叫请求已经通过了核对，呼叫正在进行之中。注：MSC在向被叫端送出IAM消息不用很久就会收到该网络发回的有关呼叫建立的报告，若成功MSC则会收到ACM（地址完成）消息，如果因某种原因（如对端占线或线路拥塞等等）呼叫建立失败MSC则会收到RELESASE（释放）消息。

12) 在MSC向MS发出CALL PROCEEDING消息后，它就要根据业务请求，来激活后续分配，即分配给用户TCH话音信道的流程。此时，MSC要向BSC发出ASSIGNMENT REQUEST 消息，要求BSC来给此次呼叫分配TCH话音信道。

13) BSC在收到MSC的信道请求后，如果本身有资源的话就会向BTS发出Channel Activation for TCH （请求激活TCH信道）的消息，该消息发出的也会启动本身的一个计时器TchnAcK，若该BTS尚有可用资源时，就会向BSC发出channel activation ack的响应，该消息中有对此信道物理信息必要的描述。若此时已无资源则返回RESOURCE FAILER的消息，而系统允许排队（要根据BSCQUEUEINGOPTION所指示的方法有ALLOWED/MSC 决定、FORCED/是由O&M驱使的、NOT ALLOWED）的话，则BSC向MSC发出QUEUING INDICATION（排队指示）的消息，并将指派请求消息放入队列同时打开T11定时器，如定时器超时则向MSC发出CLEAR REQUEST消息。其中立即指派请求，BSC内切换，BSC间切换是不许排队的，仅TCH资源请求（即指派请求和小区内部切换）允许根据内部优先级的的指示来按优先顺序给相应的请求分配在规定时间内被释放掉的信道，若排队长度或等候时间超出要求则请求将被拒绝。

14) 在BSC收到BTS发出channel activation ack的响应后，就按照BTS所提供的该信道的物理信息将它放在ASSIGNMENT COMMAND（指派命令）消息中（该消息中包含着信道类别如话音/数据的指示，信道的速率和类别及话音解码算法和透明传输指示时器，分配优先级以及CIC电路识别码）通过SDCCH信道发给MS。

15) 在MS收到基站发来的ASSIGNMENT COMMAND消息后，将会就将收发信配置调整到该TCH信道上，通过FACCH信道（此后传递信令，将都采用该信道形式，其实它就是利用的TCH信道，唯一不同是将TCH突发脉冲的标识位由0改为1，这种形式被称为偷祯）向系统发出SABM消息，系统在收到该消息后，会向BSC发出ESTABLISH INDICATION（建立指示消息），同初始分配信令信道一样，需系统再发回一条UA的证实祯。

16) 当MS收到UA祯，并通过FACCH信道向系统发出ASSIGNMENT COMMPLETE（分配完成）消息（其中带有呼叫请求的原因，CIC号，小区识别号，被选信道的速率和类型，选择的加密算法等等），若因无线接口失败、无线接口消息失败或因干扰和硬件问题无法识别指派信息等原因MS无法占用该指定的信道，MS就会向系统发出ASSIGNMENT FAILURE（指派失败），若因干扰等原因MS未收到系统发给它的指派命令或系统未收到MS的响应导致在BSC未收到MS返回的消息，则系统将该信道释放掉。

17) 在BSC收到分配完成的信令后，一方面向MSC发出ASSIGNMENT COMPLETE消息，一方面向BTS发出RF CHANNEL RELEASE（无线信道释放）消息，要求将以前占用的SDCCH信令信道资源释放掉，当BTS完成了信令信道的释放后，将发给BSC一条RF CHANNEL RELEASE ACK消息，BSC收到此消息后就认为该信道已返回到空闲状态下，该资源可以用于分配给新的信道请求。

18) 此时如果MSC收到被叫端发回的ACM（ADDDRESS COMPLETE 地址完成）消息后，它的反应是将ALERTING（待命）消息发给该MS（该消息可由MS翻译成回铃音），该消息属DTAP消息类别，若系统不应答而主叫也没有终止的动作，通过一定的时间，网络端会终止呼叫。

19) 如此时被叫摘机，MSC会收到被叫端发回的ANSWER（应答）消息，此时主叫被叫链路接通，MSC将发给MS一条CC协议中的CONNECT（接通）消息，MS收到该消息后将停止待命指示，接着向系统返回CC协议中的CONNECT ACKNOWLEDGE（接通确认），当系统收到此消息时，就开始记费。如被叫端是数据设备，在收到SETUP指示后可直接进入CONNECT 状态。这时呼叫建立过程完毕，双方进入通话或传送数据业务阶段。

20) 若主叫先挂机时，则MS利用FACCH信道向MSC发出Disconnect(拆线)消息，在MSC收到该消息后，则向被叫端发出RELEASE MESSAGE来通知对方通信终止，端到端的连接到此结束。但至此呼叫并未完全结束，因为系统与MS之间仍需保持一定的任务，如送收费指示等，当系统认为与MS之间的连接已无必要时，则向MS发出RELEASE（释放）消息，在MS收到该消息后会向系统发出RELEASE COMPLETE（释放完成消息），表呼叫已结束。

21) 在MSC收到MS的释放完成消息后（或由于无线接口消息失败，无线链路失败或因设备故障等原因导致呼叫进程非正常性释放而向系统发出CLEAR REQUEST消息）而发出CLEAR COMMAND消息（该消息中携带着此次呼叫清除的原因，如因切换完成而清除因位置更新完成而清除等等），来释放所有信令链路.

22) BSC收到该命令后，一方面向MS发出RELEASE CHANNEL（释放信道）的消息，表示将所有底层链路释放掉要求MS返回空闲模式下，随后即向BTS发出Deactivate SACCH消息来将要求释放下行的随路信令（即要求停止双方之间的信令联系）,BTS在收到此消息后即向BSC发出Deactivate SACCH ACK消息,同时开始释放SACCH信道并将T3109定时器启动,在MS察觉到CT值等于0后即向BTS发出DISC消息,表示无线链路已拆除,MS已返回到空闲状态下即此时BSC端的计数器RADIOLINKTIMEOUT无线链路超时值也已减为0,BTS收到DISC(拆线)消息后一方面向BSC发出RELEASE INDICATION消息,一方面向MS发出UA的证实祯.（

23) BSC收到RELEASE INDICATION消息后,将定时器T3109复位,并启动定时器T3111, ,随即并向BTS发出RF CHANNLE RELEASE(此时将T3111复位)要求释放TCH资源(此时才释放物理信道资源是为了给呼叫重建留有时间)当收到BTS返回的RF CHANNLE RELEASE ACK消息时,BSC就认为该信道资源已空闲可用于再分配了. 此时它还要将向MSC发出CLEAR COMPLETE消息,表无线链路已清除完毕.

24) MSC收到此消息后,则会通过发RLSD和收RLC来完成对SCCP连接的释放.到此该信令流程已彻底完毕.

主叫流程：无线链路建立

鉴权加密：

位置更新：

同步过程

当手机开机后，会去扫描所有的无线信道并在3秒至5秒内测量它们的信号强度，将30个信号最强载频存储下来，然后调制到信号强度最强的载频上，通过扫描它的FCCH突发脉冲来判断它是否是一BCCH频点，若是的话会继续去收听它的SCH突发脉冲，看是否能对之进行解调，若能通过解出的BSIC号，看是否是被SIM卡禁止的若可以接入，则继续收听BCCH广播，看该小区是否被禁止接入，若允许接入则根据小区选择准则C1算法，看是否满足C1大于0的要求，若完全通过则该小区则被选为服务小区，若其中一步失败则对次强信道进行同样的流程。

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