GSM通信协议详解.docx
《GSM通信协议详解.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《GSM通信协议详解.docx（50页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
GSM通信协议详解
GSM通信协议详解
GSM全名为：
GlobalSystemforMobileCommunications，中文为全球移动通讯系统，是第二代（2G）移动通信系统，俗称"全球通"，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，其开发目的是让全球各地可以共同使用一个移动电话网络标准，让用户使用一部手机就能行遍全球。
目前，我国中国移动、中国联通各拥有一个GSM网，为世界最大的移动通信网络。
GSM系统包括GSM900：
900MHz、GSM1800：
1800MHz及GSM1900：
1900MHz等几个频段。
GSM的发展：
GSM数字移动通信系统源于欧洲。
早在80年代初，欧洲已有几大模拟蜂窝移动系统在运营，例如北欧的NMT（北欧移动电话）和英国的TACS（全接入通信系统），西欧其他各国也提供移动业务。
但是模拟系统有一些限制：
第一，尽管在80年代初的过低估计下，移动业务的潜在需求也远远超过当时模拟蜂窝网的预计容量；第二，运营中的不同系统不能向用户提供兼容性：
一个TACS终端不能进入NMT网，一个NMT终端也不能进入TACS网。
为了方便全欧洲统一使用移动电话，需要一种公共的系统。
1982年在欧洲邮电行政大会（CEPT）上成立“移动特别小组”（GroupSpecialMobile）简称“GSM”，开始制定使用于泛欧各国的一种数字移动通信系统的技术规范。
1990年完成了GSM900的规范，产生一套12章规范系列。
随着设备的开发和数字蜂窝移动通信网的建立，GSM逐渐演变为“全球移动通信系统”（GlobalSystemforMobileCommunication）的简称。
GSM通信系统组成：
蜂窝移动通信系统主要是由交换网路子系统（NSS）、无线基站子系统（BSS）和移动台（MS）三大部分组成
如图2－1所示
（1）GSM系统原理
其中NSS与BSS之间的接口为“A”接口，BSS与MS之间的接口为“Um”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，NSS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
由于GSM规范是由北欧一些运营公司“炒”出的规范，运营公司当然喜欢花最少的投资，用最好的设备来建最优良的通信网，因此GSM规范对系统的各个接口都有明确的规定。
也就是说，各接口都是开放式接口。
GSM系统框架图：
MS：
移动台 BTS：
基站收发信台 BSC：
基站控制器 OMC：
操作维护中心
MSC：
移动交换中心 HLR：
归属位置寄存器 AUC：
鉴权中心 VLR：
拜访位置寄存器
EIR：
设备识别寄存器 SC：
短消息中心
A接口往右是NSS系统，它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），A接口往左Um接口是BSS系统，它包括有基站控制器（BSC）和基站收发信台（BTS）。
Um接口往左是移动台部分（MS），其中包括移动终端（MS）和客户识别卡（SIM）。
在GSM网上还配有短信息业务中心（SC），即可开放点对点的短信息业务，类似数字寻呼业务，实现全国联网，又可开放广播式公共信息业务。
另外配有语音信箱，可开放语音留言业务，当移动被叫客户暂不能接通时，可接到语音信箱留言，提高网路接通率，给运营部门增加收入。
（2）交换网路子系统NSS
交换网路子系统（NSS）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。
NSS由一系列功能实体所构成，各功能实体介绍如下：
MSC：
是GSM系统的核心，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。
它可完成网路接口、公共信道信令系统和计费等功能，还可完成BSS、MSC之间的切换和辅助性的无线资源管理、移动性管理等。
另外，为了建立至移动台的呼叫路由，每个MS、还应能完成入口MSC（GMSC）的功能，即查询位置信息的功能。
VLR：
是一个数据库，是存储MSC为了处理所管辖区域中MS（统称拜访客户）的来话、去话呼叫所需检索的信息，例如客户的号码，所处位置区域的识别，向客户提供的服务等参数。
HLR：
也是一个数据库，是存储管理部门用于移动客户管理的数据。
每个移动客户都应在其归属位置寄存器（HLR）注册登记，它主要存储两类信息：
一是有关客户的参数；二是有关客户目前所处位置的信息，以便建立至移动台的呼叫路由，例如MSC、VLR地址等。
AUC：
用于产生为确定移动客户的身份和对呼叫保密所需鉴权、加密的三参数（随机号码RAND，符合响应SRES，密钥Kc）的功能实体。
EIR：
也是一个数据库，存储有关移动台设备参数。
主要完成对移动设备的识别、监视、闭锁等功能，以防止非法移动台的使用。
（3）无线基站子系统BSS
BSS系统是在一定的无线覆盖区中由MSC控制，与MS进行通信的系统设备，它主要负责完成无线发送接收和无线资源管理等功能。
功能实体可分为基站控制器（BSC）和基站收发信台（BTS）。
BSC：
具有对一个或多个BTS进行控制的功能，它主要负责无线网路资源的管理、小区配置数据管理、功率控制、定位和切换等，是个很强的业务控制点。
BTS：
无线接口设备，它完全由BSC控制，主要负责无线传输，完成无线与有线的转换、无线分集、无线信道加密、跳频等功能。
（4）移动台MS
移动台就是移动客户设备部分，它由两部分组成，移动终端（MS）和客户识别卡（SIM）。
移动终端就是“机”，它可完成话音编码、信道编码、信息加密、信息的调制和解调、信息发射和接收。
SIM卡就是“身份卡”，它类似于我们现在所用的IC卡，因此也称作智能卡，存有认证客户身份所需的所有信息，并能执行一些与安全保密有关的重要信息，以防止非法客户进入网路。
SIM卡还存储与网路和客户有关的管理数据，只有插入SIM后移动终端才能接入进网，但SIM卡本身不是代金卡。
（5）操作维护子系统
GSM系统还有个操作维护子系统（OMC），它主要是对整个GSM网路进行管理和监控。
通过它实现对GSM网内各种部件功能的监视、状态报告、故障诊断等功能。
OMC与MSC之间的接口目前还未开放，因为CCITT对电信网路管理的Q3接口标准化工作尚未完成。
GSM关键技术
（1）工作频段的分配
我国陆地公用蜂窝数字移动通信网GSM通信系统采用900MHz频段：
905～915（移动台发、基站收） 950～960（基站发、移动台收）
随着业务的发展，可以向下扩展，向1.8GHz频段的DCSI800过渡，即1800MHz频段：
1710～1785（移动台发、基站收）1805～1880（基站发、移动台收）
频道间隔 频道配置双工收发间隔干扰保护比频率复用方式保护带宽
（2）时分多址技术（TDMA）
多址技术就是要使众多的客户公用公共通信信道所采用的一种技术。
实现多址的方法基本上有三种，即采用频率、时间或码元分割的多址方式，人们通常称它们为频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）和码分多址（CDMA）。
在传统的无线电广播中，均采用频分多址（FDMA）方式，每个广播信道都有一个频点，如果你要收听某一广播信道，则必须把你的收音机调谐到这一频点上。
模拟蜂窝移动系统也采用了此技术，某一小区中的某一客户呼叫占用了一个频点，即一个信道（实际上是占用两个，因为是双向连接，即双工通信），则其它呼叫就不能再占用。
在GSM中，无线路径上是采用时分多址（TDMA）方式。
GSM网络结构
我国GSM数字移动通信网是采用独立网号方式来组网的。
它与PSTN、ISDN、PSPDN以及现有模拟PLMN之间的关系见图所示。
“中国电信”GSM网路接入号为“139”，“中国联通”GSM网路接入号为“130”。
（1）我国GSM移动通讯网的网络结构
全国GSM移动电话网按大区设立一级汇接中心、省内设立二级汇接中心、移动业务本地网设立端局构成三级网路结构。
它与PSTN网（公用电话网）的连接关系参见图：
从图中可见，三级网路结构组成了一个完全独立的数字移动通信网路。
而模拟移动通信网路结构是与PSTN网混合方式来组建的，参见图：
它在省内建立二级汇接中心，在移动业务本地网内建端局，无一级汇接中心，省际间的通信是借助于PSTN网的长途电话网来实现，当然为实现省际间的自动漫游，模拟移动电话网必须建立自己的全国信令网。
另外，模拟移动通信网是采用PSTN网的端局号方式接入，以“9”字头为标志，因此可以说模拟移动通信网是PSTN网的一部分，而GSM数字移动通信网与PSTN网相重叠。
当然，公用电话网还有它的国际出口局，而GSM数字移动通信网却无国际出口局，国际间的通信仍然还需借助于公用电话网的国际局。
（2）省内GSM移动通信网的网路结构
省内GSM移动通信网由省内的各移动业务本地网构成，省内设若干个移动业务汇接中心（即二级汇接中心），汇接中心之间为网球网结构，汇接中心与移动端局之间成星状网。
根据业务量的大小，二级汇接中心可以是单独设置的汇接中心（即不带客户，全有至基站接口，只作汇接），也可兼作移动端局（与基站相连，可带客户）。
省内GSM移动通信网中一般设置二三个移动汇接局较为适宜，最多不超过四个，每个移动端局至少应与省内两个二级汇接中心相连，见图4-5所示。
任意两个移动交换局之间若有较大业务量时，可建立话音专线。
（3）移动业务本地网网络结构
全国可划分为若干个移动业务本地网，划分的原则是长途区号为2位或3位的地区为一个移动业务本地网。
每个移动业务本地网中应设立一个HLR（必要时可增设HLR，HLR可以是有物理实体的，也可是虚拟的，即几个移动业务本地网公用同一个物理实体HLR，HLR内部划分成若干个区域，每个移动业务本地网用一个区域，由一个业务终端来管理，如图1所示；和一个或若干个移动业务交换中心（MSC），还可以几个移动业务本地网共用一个MSC，见图2：
图1 虚拟HLR的实现框图
图2GSM移动业务本地网结构示意图
在移动业务本地网中，每个MSC与局所在地的长途局相连，并与局所在地的市话汇接局相连。
在长途多局制地区，MSC应与该地区的高级长途局相连。
在没有市话汇接局或话务量足够大的情况下，MSC亦可与本地市话端局相连。
当一个MSC覆盖几个长途编号区时，该MSC亦可和这几个长途编号区的市话汇接局和长途局相连。
每个MSC均为数字移动通信网的入口局，入口局具有为移动终端的呼叫询问呼叫路由的功能和为呼叫选路至它们终端的目的地---被叫移动台的功能。
（4）信令网路结构
在建网初期，由于国内的No.7信令网不适宜传输MAP消息，作为过渡，可先建立移动专用No.7信令网。
网路结构仍采用三级结构（见图3）：
第一级为最高级，称高级信令转接点（HSTP）；
第二级为低级信令转接点（LSTP）；第三级为信令点（SP）。
移动通信网的专用高级信令转接点（HSTP）设置在大区一级移动业务汇接中心，专用的低级信令转接点（LSTP）设置在各省二级移动业务汇接中心，移动业务本地网中的每个MSC／VLR、EIR、HLR／AUC、SCH和BSC设置信令点。
图3 GSM信令网结构图
各大区只设置一个专用HSTP，呈单星型结构，HSTP之间以网状网互连。
各省专用LSTP连接到本大区中心的专用HSTP上，LSTP间一般不直接相连。
各移动业务本地网的SP点至少应连接到本省的2个LSTP点上，LSTP根据业务量可单独设置或合设在省内二级汇接中心内。
图4表示了我国邮电部门近期数字移动通信网的信令网结构示意图。
图4中国电信近期GSM信令网结构
将来，我国数字移动通信网的信令网结构将取消移动通信网专用的HSTP，割接到公用信令网的HSTP上。
如图5所示。
届时我国公用数字移动通信网的信令网路组织将按<<我国No。
7信令网技术体制>>规定组织，即第一级HSTP间采用A、B平面方式连接，A和B平面内部各个HSTP网状相连，A、B平面间成对的HSTP相连；每个LSTP与一对HSTP间设置直达信令链路，每个SP连至个LSTP（LSTP或HSTP）；若连至HSTP时，应分别固定连至A、B面内成对的HSTP上。
远期移动通信网的信令网结构示意图如图6所示
图5我国NO.7信令网组网方式
图6远期我国GSM信令网结构图
（5）编号计划和拨号方式
GSM网路是复杂的，它包括交换系统和基站系统。
交换子系统包括HLR、MSC、VLR、AUC和EIR，和与基站系统、其它网路如PSTN、ISDN，数据网、其它PLMN等间接口。
为了将一个呼叫接至某个移动客户，需要调用相应的实体。
因此要正确寻址，编号计划就非常重要。
本章就GSM移动通信网中用来识别身份的各种号码的编号计划进行介绍。
1．移动台ISDN号码（MSISDN）
MSISDN号码是指主叫客户为呼叫数字公用陆地蜂窝移动通信网中客户所需拨的号码。
号码的结构为：
CC NDC SN
|-----------国际移动客户ISDN号码-------------------|
|--国内有效移动客户ISDN号码--|
CC＝国家码。
我国为86。
NDC＝国内目的地码，即网路接入号，邮电部门GSM网为139，“中国联通公司”GSM网为130。
SN＝客户号码，采用等长7位编号计划。
邮电部SN号码结构是H1H2H3ABCD，其中HlH2H3为每个移动业务本地网的HLR号码，ABCD为移动客户码。
“中国联通公司”SN号码结构是H1H2ABCDE，HlH2是移动业务本地网的HLR号码，ABCDE是移动客户码。
当客户号码容量受限时，可扩充国内目的地码。
邮电部可启用138，137…，“中国联通公司”可启用131，132…等。
2．国际移动客户识别码（IMSI）
为了在无线路径和整个GSM移动通信网上正确地识别某个移动客户，就必须给移动客户分配一个特定的识别码。
这个识别码称为国际移动客户识别码（IMSI），用于GSM移动通信网所有信令中，存储在客户识别模块（SIM）、HLR、VLR中。
IMSI号码结构为：
MCC MNC MSIN
|------------国际移动客户识别------------|
|--国内移动客户识别--|
MCC＝移动国家号码，由3位数字组成，唯一地识别移动客户所属的国家。
我国为460。
MNC＝移动网号，由2位数字组成，用于识别移动客户所归属的移动网。
邮电部门GSMPLMN网为00，“中国联通公司”GSMPLMN网为0l。
MSIN＝移动客户识别码，采用等长11位数字构成。
唯一地识别国内GSM移动通信网中移动客户。
3．移动客户漫游号码（MSRN）
被叫客户所归属的HLR知道该客户目前是处于哪一个MSC／VLR业务区，为了提供给入口MSC／VLR（GMSC）一个用于选路由的临时号码，HLR请求被叫所在业务区的MSC／VLR给该被叫客户分配一个移动客户漫游号码（MSRN），并将此号码送至HLR，HLR收到后再发送给GMSC，GMSC根据此号码选路由，将呼叫接至被叫客户目前正在访问的MSC／VLR交换局。
路由一旦建立，此号码就可立即释放。
这种查询、呼叫选路由功能（即请求一个MSRN功能）是No．7信令中移动应用部分（MAP）的一个程序，在GMSC－HLR－MSC／VLR问的No．7信令网中进行传递。
移动客户漫游号码（MSRN）结构是：
CC NDC SN
|---------国际移动客户ISDN号-----------------|
|--国内有效移动客户ISDN号码|
我国邮电部门GSM移动通信网技术体制规定139后第一位为零的MSISDN号码为移动客户漫游号码（MSRN），即 1390MlM2M3ABC。
MlM2M3为MSC的号码。
MlM2与MSISDN号码中的HlH2相同。
4．临时移动客户识别码（TMSI）
为了对IMSI保密，MSC／VLR可给来访移动客户分配一个唯一的TMSI号码，即为一个由MSC自行分配的4字节的BCD编码，仅限在本MSC业务区内使用。
5．位置区识别码（LAI）
位置区识别码用于移动客户的位置更新，其号码结构是：
3位数字 2位数字 最大16bit
MCC MNC LAC
|------------LAI-------|
MCC＝移动客户国家码，同IMSI中的前三位数字。
MNC＝移动网号，同IMSI中的MNC。
LAC＝位置区号码，为一个2字节BCD编码，表示为X1X2X3X4。
在一个GSMPLMN网中可定义65536个不同的位置区。
6．全球小区识别码（CGI）
CGI是用来识别一个位置区内的小区，它是在位置区识别码（LAI）后加上一个小区识别码（CI），其结构是：
3位数字 2位数字最大16bit 最大16bit
MCC MNC LAC CI
|---------------------LAI-----|
|---------------------------------------CGI-------|
CI是一个2字节BCD编码，由各MSC自定。
7.基站识别码（BSIC）
BSIC是用于识别相邻国家的相邻基站的，为6bit编码，其结构是：
3bit 3bit
NCC BCC
|--------BSIC-------------|
NCC＝国家色码，主要用来区分国界各侧的运营者（国内区别不同的省），为XY1Y2。
X：
运营者（邮电X＝1，联通＝0）
Y1、Y2：
分配见表
Y1Y2的分配
Y2
Y1
0
1
0
吉林、甘肃、西藏、广西、福建、湖北、北京、江苏
黑龙江、辽宁、宁夏、四川、海南、江西、天津、山西、山东
1
新疆、广东、河北、安徽、上海、贵州、陕西
内蒙古、青海、云南、河南、浙江、湖南
NCC＝基站色码，识别基站。
由运营设定。
8．国际移动台设备识别码（IMEI）
唯一地识别一个移动台设备的编码，为一个15位的十进制数数字，其结构是：
6位数字 2位数字 6位数字 l位数字
TAC FAC SNR SP
TAC＝型号批准码，由欧洲型号认证中心分配。
FAC＝工厂装配码，由厂家编码，表示生产厂家及其装配地。
SNR＝序号码，由厂家分配。
识别每个TAC和FAC中的某个设备的。
SP＝备用，备作将来使用。
9．MSC／VLR号码
MSC／VLR号码在No.7信令信息中使用，代表MSC的号码。
我国邮电部门GSM移动通信网中的MSC／VLR号码结构为1390MlM2M3，其中MlM2的分配同HlH2的分配。
lO．HLR号码
切换HLR号码在No.7信令信息中使用，代表HLR的号码。
邮电部门GSM移动通信网中的HLR号码结构是客户号码为全零的MSISDN号码，即139HlH2H30000。
11.切换号码（HON）
HON是当进行移动交换局间越局切换时，为选择路由，由目标MSC（即切换要转移到的MSC）临时分配给移动客户的一个号码。
此号码为MSRN号码的一部分。
拨号方式
拨号方式是使客户可以通过拨十进制数字实现本地呼叫、国内长途呼叫及国际长途呼叫的一种方式。
我国邮电部移动通信网技术体制规定的GSM移动通信的拨号方式是：
移动客户®固定客户（含模拟移动客户） 0XYZPQRABCD
固定客户®本地移动客户 139HlH2H3ABCD
固定客户®外地移动客户 0139HlH2H3ABCD
移动客户®移动客户 139HlH2H3ABCD
移动客户®待服业务 0XYZlXX 其中对火警只须拨119，对匪警只须拨110，对急救中心只须拨120，对交警中心只须拨122。
国际客户®移动客户 国际长途有权字冠+139HlH2H3ABCD
移动客户®国际客户 00+国家代码+该国内有效电话号码
其中，0＝国内长途有权字冠。
00＝国际长途有权字冠。
XYZ＝长途区号，由3位或2位数字组成。
PQR＝局号。
ABCD＝客户号码，当长途区号为2位时，客户号可以由4位或5位号码组成。
lXX＝特种业务号码。
由于GSM移动通信网的网路接入号是“139”，因此“139”既有特服号码的特性，又有长途区号的特性。
因无论国际、国内长途均是分析“139”后接入邮电部门GSM移动通信网的。
根据我国电话网技术体制规定的拨号方式是采用闭锁拨号方式，即在一个闭锁编号区内（一个长途编号区为一个闭锁编号区）客户相互呼叫时，不须加拨长途区号，而两个闭锁编号区内的客户相互呼叫时，必须加拨被叫闭锁区的长途区号。
因此移动客户呼叫固定电话网客户是两个闭锁编号区内客户互通，移动客户需加拨被叫固定客户所在地的长途区号。
反之，固定客户（含模拟移动客户）呼叫移动客户时，同样也是两个闭锁区间的客户互通，固定客户应拨移动客户的“长途区号”139，但在长途区号前需加长途字冠“0”方可知道“0”后的数字是长途区号。
这样就出现了一个问题，即无论固定客户呼叫何处移动客户首先均要拨“0139”，限于我国目前公用电话网固定客户大量还属非长途有权客户，又因为移动业务本地网和固定电话本地网相一致，因此就会出现非长途有权固定客户可以呼叫本地固定电话客户而不能呼叫本地GSM移动通信网的移动客户，这显然不合理，而且会给邮电局带来很大的业务损失。
所以，我国邮电部移动通信网技术体制在制定GSM移动通信网拨号方式中就将固定客户呼叫本地移动客户和外地移动客户分开规定，呼叫本地移动客户时只须拨139HlH2H3ABCD，这时的139就具有了特服号码特性；呼叫外地移动客户时需在139前加拨长途字冠“0”，这时的139就具有长途区号特性
升级会员 