GPRS业务信令流程

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1、 GPRS信令流程 GPRS系统结构 BTSBTSSGSNSGSNGGSNGGSNBSCBSCMSC/VLRMSC/VLRGiGi Gn GnGrGrGsGsGbGb Gn GnA AHLRHLRIP NetworkIP NetworkGPRSGPRSBackboneBackbone BGBGOther PLMNOther PLMNGpGpPCUPCUSGSNSGSNGGSNGGSN Gn Gn Gn GnBGBGSS7SS7UmUmAbisAbismUm接口 MS完成与GPRS网络的通信，完成分组数据传送、移动性管理、会话管理、无线资源管理等多方面的功能。mGb接口 通过该接口SGSN完成同

2、BSS系统、MS之间的通信，以完成分组数据传送、移动性管理、会话管理方面的功能。该接口是GPRS组网的必选接口。Gi接口 Gi接口是GPRS与外部分组数据网之间的接口。GPRS通过Gi接口和各种公众分组网如Internet或ISDN网实现互联，在Gi接口上需要进行协议的封装/解封装、地址转换、用户接入时的鉴权和认证等操作。mGn接口 Gn接口是GRPS支持节点间接口，即同一个PLMN内部SGSN间、SGSN和GGSN间接口，该接口采用在TCP/UDP协议之上承载GTP的方式进行通信。mGs接口 SGSN通过Gs接口和MSC配合完成对MS的移动性管理功能，包括联合的Attach/Detach、联

3、合的路由区/位置区更新等操作。SGSN还将接收从MSC来的电路型寻呼信息，并通过PCU下发到MS。m其他接口 Gr、Gd、GP、Gc、Gf。主要接口功能主要接口功能传输平面 m物理层物理层分为无线射频层和物理链路层mL1bisL1bis、L1L1、L2L2协议协议在GPRS规范中没有规定，各厂商的解决办法可能不同。mRLC/MACRLC/MAC RLC为上层业务提供可靠的无线链路，MAC层负责处理信道定位和复用，RLC/MAC层共同形成了具有Um接口的OSI第二层协议，使用物理链路层提供的业务。mNSNS NS属于传输BSSGP协议数据单元。它建立在BSS和SGSN之间帧中继连接的基础之上，并

4、且可以穿越帧中继交换节点网络。GPRSGPRS数据传输平台数据传输平台mBSSGPBSSGP 在下行链路中，由SGSN向BSS提供实现RLC/MAC功能所需的无线信息；在上行链路中，由BSS向SGSN提供从RLC/MAC得到的无线信息，并使两个不同的节点（BSS和SGSN）实现节点管理功能。该层传送BSS和SGSN之间的路由相关和Qos相关信息，不执行纠错。mRelayRelay BSS里的Relay的功能是中继Um和Gb接口之间的LLC PDU。SGSN里的Relay的功能是中继Gb和Gn接口之间的PDP PDU。mLLCLLC 提供移动台和SGSN之间可靠保密的逻辑链路，该层独立于下层无线

5、接口协议，LLC层有确认模式和非确认模式两种转发模式。mSNDCPSNDCP 承担了在网络层和底层之间映射和压缩以及分段，排序和复用，属于网络层协议。主要功能有：复用多个PDP；压缩/解压缩用户数据和协议控制信息；将网络协议数据单元（N-PDU）分割成逻辑链路控制协议数据单元（LL-PDU），或是反向重装。GPRSGPRS数据传输平台数据传输平台mGTPGTP 该协议支持GPRS骨干网各支持节点之间的数据和信令传输，所有的PTP PDU PD都要用GTP封装。mUDP/TCPUDP/TCP 传输层协议，建立端到端连接的可靠链路，TCP具有保护和流量控制功能，确保数据传输的准确，TCP是面向连接

6、的协议。UDP则是面向非连接的协议，UDP不提供错误恢复能力，也不关心是否已正确接收了报文，只充当数据报的发送者和接收者。mIPIP 用于路由用户数据和控制信令的GPRS骨干网协议。GPRS骨干网最初会基于IP版本4协议，最终会用版本6。GPRSGPRS数据传输平台数据传输平台GPRSGPRS信令平面信令平面BSSGPRelayGMM/SMLLCRLCMACGSM RFGMM/SMLLCBSSGPL1bisUmGbMSBSSSGSNNetworkServiceRLCMACGSM RFL1bisNetworkService SCCP MTP2 MTP3 MTP2 MTP3 SCCP Gr/Gf/

7、Gd SGSN HLR TCAP MAP TCAP MAP L1 L1 SCCPMTP2MTP3MTP2MTP3SCCPGsSGSNMSC/VLRBSSAP+BSSAP+L1L1UDPL2L1IPL2L1IPUDPGnGSNGSNGTPGTPSCCPMTP2MTP3MTP2MTP3SCCPGcGGSNHLRTCAPMAPTCAPMAPL1L1 Gn UDP L2 IP GGSN L1 L2 IP GSN GTP L1 MTP2 MTP3 SCCP MAP L1 MTP2 MTP3 SCCP HLR TCAP MAP L1 GTP Gc Interworking TCAP UDP MS-SGSN

8、SGSN-HLR/EIR/SMSSGSN-MSC/VLRGSN-GSNGGSN-HLRGGSN-HLRT=PTCCH,I=Idle frameB0-B11=Radio blocksGPRS信道52复帧结构 52 TDMA FramesB0B1B2TB3B4B5IB6B7B8TB9B10B11I0 1 2 3 4 5 6 70 1 2 3 4 5 6 70 1 2 3 4 5 6 70 1 2 3 4 5 6 7TDMA frameRLC Block 除了分组随机接入信道和PTCCH/U外，其他分组逻辑信道的基本组成单位都是BLOCK，BLOCK的占用次序是这样规定的：(B0,B6,B3,B9,

9、B1,B7,B4,B10,B2,B8,B5,B11)。q PDCH PDCH 帧结构帧结构l一个52复帧包括12个无线块l电路域中一个TDMA帧分为8个时隙l分配给GPRS 的时隙称为PDCHl多个时隙可组合为一个PDCH组，每PDCH组最多可包含8个时隙l无线资源分配和无线传输以无线块（BLOCK）为基本单位l一个无线块时长包括4个TDMA帧，为用户占用的最小单位l剩下4个burst用于测量、上报TAl若干用户争抢这些数据块，从宏观上实现分组共享目的UM接口帧结构5252复帧描述复帧描述分组逻辑信道 GPRSGPRS逻辑信道类型逻辑信道类型逻辑信道分组业务信道分组控制信道PBCCH（下行）P

10、CCCHPRACH(上行)PAGCH(下行)PPCH（下行）PDCCHPACCHPTCCH/D（下行）PSCSPDTCH/CS1PDTCH/CS2PDTCH/CS3PDTCH/CS4PNCH（下行）PTCCH/U（上行）分组数据信道（分组数据信道（PDCHPDCH）l分为分组业务信道和分组控制信道分组业务信道分组业务信道(PDTCH)PDTCH)l单向业务信道：PDTCH/U，PDTCH/D 分组控制信道分组控制信道l广播控制信道：PBCCHl公共控制信道：PPCH，PRACH，PAGCH，PNCH（发送通知信息）l专用控制信道：PACCH，PTCCH/U（用来估计TA），PTCCH/D（发送

11、TA更新信息）分组逻辑信道（PDCH）组合l 方式1：PBCCHPCCCHPDTCHPACCHPTCCH；l 方式2：PCCCHPDTCHPACCHPTCCH；l 方式3：PDTCHPACCHPTCCH。其中 PCCCH=PPCH+PRACH+PAGCH+PNCH。小业务量l 在GPRS业务量不大的情况下，一般小区内GPRS与电路业务共用BCCH和CCCH，此时小区内仅需要信道组合方式3。随着业务量的增大l 小区内需要配置分组公共信道，需要增加信道组合方式1和2。GPRSGPRS逻辑信道类型逻辑信道类型MS多时隙能力的概念l定义要素：最大接收时隙数（下行时隙）、最大发射时隙数（上行时隙）、最大

12、总时隙数l定义：多时隙能力等级129；等级数越大，多时隙能力越强影响MS多时隙能力的因素l是否能同时发送和接收l考虑MS做邻近小区测量、收发信机发射和接收准备等时间要求l跳频对时间要求影响的考虑l实现时的目标市场细化的考虑BSS应根据MS的多时隙能力、请求的QoS以及当前资源配置情况进行最优资源分配。MSMS的多时隙能力的多时隙能力CS PS PS PS CS CS PS CS Speechcall 1Speechcall 2Speechcall 3GPRS user 1GPRS user 2GPRS user 3GPRS user 4TS0 TS1 TS2 TS3 TS4 TS5 TS6 T

13、S7 GPRS user 5GPRS user 6IdlePDTCHPDTCH信道分配信道分配采用静态PDCH的原因l保证小区中的GPRS MS时常在线l保证GPRS业务一定的QoS采用动态PDCH的原因lGPRS与GSM共享无线资源l优先保证话音业务的QoS的情况下考虑无线资源的最优利用l一个小区中的分组交换业务与电路交换业务的比例时常在变化l动态PDCH对话音业务不可见PDTCHPDTCH信道分配信道分配C/I载干比载干比(dB)051015202504812162024CS1CS2CS3CS4典型城区,移动速度每小时3公里分组数据传输分组数据传输q一个PDCH可以为多个MS使用；一个MS

14、可以同时使用多个PDCHB1B2B3B4B5B6B7B8B9B10B11B0B1B2B3B4B5B6B7B8B9B10B11B0B1B2B3B4B5B6B7B8B9B10B11B0MS1MS3MS2GPRSGPRS无线接口原理无线接口原理分组数据传输分组数据传输GPRS移动性管理（GMM）移动性管理专用流程附着/分离周期性位置/路由区更新正常的位置区/路由区更新移动性管理通用流程鉴权P-TMSI重分配身份识别移动性管理连接管理流程连接的建立和释放移动性管理概念和流程移动性管理概念和流程一般功能GPRS附着：建立起MM上下文，MM状态转为就绪GPRS分离：删除MM上下文，MM状态转为空闲（MS发

15、起或网络发起）安全功能：鉴权、加密、标识校验等位置管理：正常/周期性路由区更新、小区更新网络特定功能与HLR配合进行GMM上下文清除用户数据管理MS类标处理与MSC/VLR配合进行联合位置更新、联合寻呼等移动性管理的主要功能移动性管理的主要功能GMMGMM状态状态l空闲：GMM上下文未建立，MS不可及l待命：GMM上下文已建立，MS可接收寻呼，但不能进行数据传送；知道手机所在路由区l就绪：MS可以进行数据传送；知道手机所在小区GMMGMM上下文上下文lMS相关标识lGMM状态lMS的位置信息（路由区标识、小区标识）l当前服务SGSN的地址、VLR编号(MS only)l加密算法、鉴权参数GMM

16、中MS的状态 q空闲状态（空闲状态（IdleIdle）在GPRS空闲状态中，用户没有激活GPRS移动性管理。MS和SGSN环境中没有存储与这个用户相关的有效的位置信息或路由信息。因此在这个状态下不能进行与用户有关的移动性管理过程,MS无法进行数据传输，也不能接收GPRS寻呼消息。在这个状态下，MS完成PLMN选择、GPRS选择和重选择过程。MS通过执行GPRS激活过程在MS和SGSN中建立MM环境。q等待状态（等待状态（standbystandby）在等待状态下，在MS和SGSN中的MM环境已经创建了用户的IMSI，此时可以接收寻呼消息，不能发送分组数据。在SGSN中，如果它收到了MS对寻呼的

17、回应信息，其MM状态也会转变到就绪状态。同样，当数据或信令从MS处发送时，MS的MM状态会改变到就绪状态。相应地，当SGSN收到MS发来的数据和信令时，其MM状态也会改变到就绪状态。MS可以运行GPRS断开(Detach)过程进入空闲状态。l当Ready state timer超时；lSGSN 知道MS的路由信息；lMS可以接收寻呼消息；lMS可以进行路由更新GMMGMM状态状态就绪状态（Ready）在就绪状态下，SGSN MM环境会包含MS所在的小区信息。在就绪状态下，MS可以收发PTP PDU。就绪状态由一个计时器监控，当就绪状态计时器超时时，MM环境就会从就绪状态转移到等待状态。MS可以

18、启动一个GPRS业务断开过程，来实现从就绪状态向空闲状态的转移。l当完成GPRS附着时；lSGSN知道MS的CELL ID；lMS可以接收和发送PTP数据；lMS可以进行小区更新GMMGMM状态状态GPRS移动性管理Idle/Standby/Ready状态转换 PDU transmissionImplicit DetachorCancel LocationGPRS AttachREADY timer expiryorForce to STANDBYGPRS DetachGPRS AttachPDU receptionGPRS DetachorCancel LocationMM State Mo

19、del of MSMM State Model of SGSNIDLEREADYSTANDBYIDLEREADYSTANDBYREADY timer expiryorForce to STANDBYorAbnormal RLC conditionIDLEIDLEAttach信令流程 7 d.C a n c e l L o c a tio n A c k 7 c.C a n c e l L o c a tio n 7 b.U p d a te L o c a tio n 7 g.U p d a te L o c a tio n A c k 7 e.I n s e r t S u b s c r

20、ib e r D a ta 7 f.I n s e r t S u b s c r ib e r D a ta A c k 6 d.I n s e r t S u b s c r ib e r D a ta 6 c.C a n c e l L o c a tio n A c k 6 b.C a n c e l L o c a tio n 3.I d e n tity R e s p o n s e 2.I d e n tific a tio n R e s p o n s e 2.I d e n tific a tio n R e q u e s t 1.A tta c h R e q u e

21、 s t 5.I M E I C h e c k 3.I d e n tity R e q u e s t 4.A u th e n tic a tio n 6 a.U p d a te L o c a tio n 7 a.L o c a tio n U p d a te R e q u e s t 7 h.L o c a tio n U p d a te A c c e p t 6 f.U p d a te L o c a tio n A c k 6 e.I n s e r t S u b s c r ib e r D a ta A c kM SB S Sn e w S G S No ld

22、S G S NG G S NH L RE I Ro ldM S C/V L Rn e wM S C/V L R 9.A tta c h C o m p le te 8.A tta c h A c c e p t 1 0.T M S I R e a llo c a tio n C o m p le teDetach信令流程 3.IMSI Detach Indication 2.Delete PDP Context Response 1.Detach Request 2.Delete PDP Context Request 5.Detach AcceptMSBSSGGSNSGSNMSC/VLR 4

23、.GPRS Detach Indication 手机发起 2.Delete PDP Context Response 1.Detach Request 2.Delete PDP Context Request 4.Detach AcceptMSBSSGGSNSGSNMSC/VLR 3.GPRS Detach IndicationSGSN发起 HLRMSBSSGGSNSGSNMSC/VLR 3.Delete PDP Context Request 1.Cancel Location 4.GPRS Detach Indication 2.Detach Request 6.Cancel Locati

24、on Ack 3.Delete PDP Context Response 5.Detach AcceptHLR发起 位置管理位置管理m小区更新：小区标识改变而路由区标识未改变m路由区更新：路由区标识改变l SGSN内的路由区更新l 跨SGSN的路由更新m联合路由区/位置区更新lSGSN内的联合RA/LA更新l跨SGSN的RA/LA更新m周期性位置更新 1.Routing Area Update Request 3.Routing Area Update Accept 2.Security FunctionsMSBSSSGSN 4.Routing Area Update Complete路由更新

25、流程（路由更新流程（Intra SGSNIntra SGSN）MSBSSnew SGSNHLRGGSNold SGSNMSC/VLR 2.SGSN Context Response4.Security Functions 1.Routing Area Update Request 2.SGSN Context Request5.Update PDP Context Request5.Update PDP Context Response6.Update Location 9.Update Location Ack11.Routing Area Update Accept 10.Location

26、 Updating Request 10.Location Updating Accept 7.Cancel Location7.Cancel Location Ack 8.Insert Subscriber Data Ack 8.Insert Subscriber Data12.Routing Area Update Complete3.Forward Packets路由更新流程（路由更新流程（Inter SGSNInter SGSN）1 2 b.C a n c e l L o c a tio n 1 2 c.C a n c e l L o c a tio n A c k 1 2 d.In

27、s e rt S u b s c rib e r D a ta 1 6.T M S I R e a llo c a tio n C o m p le te 1 2 f.U p d a te L o c a tio n A c k 1 3.L o c a tio n U p d a te A c c e p t 1 5.R o u te in g A re a U p d a te C o m p le te 1 4.R o u te in g A re a U p d a te A c c e p t 8.C a n c e l L o c a tio n 8.C a n c e l L o

28、c a tio n A c k 6.U p d a te P D P C o n te x t R e s p o n s e 6.U p d a te P D P C o n te x t R e q u e s t 7.U p d a te L o c a tio n 1 0.U p d a te L o c a tio n A c k 1 2 a.U p d a te L o c a tio n 1 1.L o c a tio n U p d a te R e q u e s t 2.S G S N C o n te x t R e s p o n s e 3.S e c u rity

29、F u n c tio n s 2.S G S N C o n te x t R e q u e s t 1.R o u te in g A re a U p d a te R e q u e s t 9.In s e rt S u b s c rib e r D a ta 9.In s e rt S u b s c rib e r D a ta A c k 1 2 e.In s e rt S u b s c rib e r D a ta A c kM SB S SG G S No ld S G S Nn e w S G S NH L Rn e wM S C/V L Ro ldM S C/V

30、L R 5.F o rw a rd P a c k e ts 4.S G S N C o n te x t A c k n o w le d g e联合位置更新流程联合位置更新流程BSCBSCSGSNSGSN1.1.1.1.RA1RA11.1.发送发送 LLC PDULLC PDU在同一在同一RACRAC中从一中从一个小区到另外一个小区到另外一个小区个小区小区更新流程小区更新流程GPRS移动性管理路由区更新（RAU）LA RA CELL RAI=MCC+MNC+LAC+RACGPRS会话管理 qGPRSGPRS签约数据中可以包括一个或多个签约数据中可以包括一个或多个PDPPDP地址，每个地址，

31、每个PDPPDP地址对应有一个地址对应有一个PDPPDP上下文上下文qSMSM管理实体：管理实体：SGSNSGSN、GGSNGGSN和和MSMSqPDPPDP内容：内容：mPDP类型、地址(动态/静态)、状态mAPNmNSAPIm激活/未激活两种状态mPDP上下文与MM上下文的关联唯一性Deactivate PDP ContextorMM state change to IDLEor PMM-DETACHEDActivate PDPContextINACTIVEACTIVEPDPPDP上下文状态迁移上下文状态迁移PDP上下文激活：MS发起或网络发起，PDP上下文状态迁移为ACTIVE鉴权SGS

32、N经过APN分析推导出GGSN地址QoS协商、地址分配、启动计费等PDP上下文修改PDP上下文中的某些参数（如服务SGSN、QoS）需要改变时执行该规程PDP上下文去激活MS发起或网络发起，PDP上下文状态迁移为INACTIVE删除PDP上下文回收动态PDP地址二次激活在一个PDP地址上可以有多个通过而起激活流程产生的PDP上下文，这些上下文用TFT进行区分和标识SMSM管理主要功能管理主要功能GGSN 4.Activate PDP Context Accept 3.Create PDP ContextResponse 3.Create PDP Context Request 1.Activa

33、te PDP Context RequestSGSNMS 2.Security FunctionsPDPPDP激活流程：激活流程：MSMS发起发起MSSGSNGGSN 3.PDU Notification RequestHLR 1.PDP PDU 2.Send Routeing Info for GPRS 2.Send Routeing Info for GPRS Ack 4.Request PDP Context Activation5.PDP Context Activation procedure 3.PDU Notification ResponseMS发起网络发起PDP上下文的去激活

34、 手机上网流程共分三个步骤：手机上网流程共分三个步骤：附着附着 PDPPDP激活激活 上网上网手机上网流程手机上网流程Attach_request(IMSI)Triplet requestAuthenticationUpdate_locationSGSNHLRGPRSGPRS手机附着手机附着Insert_subscriber_dataUpdate_location_ackAttach_accept(TLLI)MS TLLIActivate_PDP_context_req(NSAPI1,type+of PDP,APN,QoS)DNS_query(APN)DNS_response(IP of GG

35、SN)DNSSGSNPDPPDP激活激活Create_PDP_context response(IP)Activate_PDP_context_accept(IP)Create_PDP_context_req(type,APN,QoS)TID1Create_PDP_txt GGSN IPGGSNSGSNPDPPDP激活激活 TLLI IMSI NSAPI+IMSI TIDNSAPI TLLINSAPITLLIUser packetUser packetUser packetTIDGGSNPDP network (IP/X.25)GGSNSGSNGPRSGPRS手机数据发送手机数据发送GPRS的

36、接入和数据传输 Temporary Block Flow 数据传输在RLC层上是通过TBF来实现的，上下行TBF是相互独立的，一个TBF可以包含很多LLC帧 TBF由TFI来标识，TFI的长度为7 bits，它在RLC层数据传输中相当于MS的标识，因此在一个小区中不可能有两个MS同时拥有相同的上行或下行TFI 对于RLC层来说，GPRS的接入过程实际就是申请和分配TFI的过程，MS在得到TFI后，所有RLC数据块的头信息里都包含有该TFI的值，直到该TBF的结束。GPRS上行接入 oOne phaseMS在信道请求中会说明请求1个或多个PDCH信道，系统根据该信道请求分配相应数量的PDCH和上

37、行TFI o Two phase系统根据信道请求先分配给MS保留的PDCH信道，MS用该PDCH发送Packet Resource Request消息，该消息包含详细的资源请求信息，系统再根据这些信息通过Packet Uplink Assignment给MS指配上行TFI 和要求的PDCHone phase 接入 two phase 接入 GPRS上行数据传输中的MAC mode GPRS是一种分组数据业务，用户对信道的占用是共享式的，允许多个用户使用一个PDCH信道来传输数据，为了避免在该PDCH的上行数据传输中发生碰撞，MAC层必须合理的进行资源分配，使不同用户在不同的RLC Block上

38、传输数据，这样，从一段时间来看，这些用户的数据传输是同时进行的。MAC层进行资源分配的方式有两种：fixed 和 dynamic Fixed方式下的资源分配 在fixed方式下，Immediate Assignment 或 Packet Uplink Assignment消息中会有一个ALLOACTION BITMAP，规定了MS在哪个时隙的哪些Block中可以发送数据。如果分配的Block数目不够，MS可以从这些已分配的Block上发送请求以申请更多的资源 Dynamic方式下的资源分配 系统在下行发出 USF(Uplink State Flag)值，宣告哪一个移动台可以在下一个时段传输数据

39、块。GPRS上行数据传输 GPRS 寻呼 GPRS下行数据传输 GPRS数据传输中 TA的获取 初始TA值的估计 系统发送Packet Polling Message 要求MS上发access burst用于初始TA值的估算；在Immediate Assignment中不发送初始TA值，并指示MS在从连续的TA更新过程中获得TA值之前不进行上行数据的发送；使用默认的TA值作为初始TA，这适用于小区半径不是很大区域。连续的TA更新 连续TA更新过程 对于上下行数据传输，在获得PDCH的同时会得到TAI（Timing Advance Index），TAI值为0到15，标志了连续8个52复帧中的16

40、个Idle帧位置。在上行信道中，MS在分得的TAI所指定的Idle帧位置上发送access burst，在下行信道中相应的Idle帧用来发送TA Message手机上行发射功率公式：（公式中所有的功率值都以dBm表示）P=min(0-CH-*(C+48),PMAX)CH：与手机和信道有关，网络通过控制消息发给手机此功控参数常数，0：常数，GSM900时取值39dBm；DCS1800时取值36dBm；：由BCCH或RLC控制消息通知手机。是手机计算输出功率时接收电平的加权因子，取值01之间；C：手机接收信号电平的标准化值；PMAX：小区内允许的手机最大发射功率，当存在PBCCH时等于GPRS_M

41、S_TXPWR_MAX_CCH，否则等于MS_TXPWR_MAX_CCH GPRS传输过程中的功率控制 BSCBTSServerBTSBSCGGSNSGSNHPLMNHPLMNVPLMNVPLMNGGSNBGBGSGSNIntra-PLMNBackbone NetworkData NetworkIntra-PLMNBackbone NetworkInter-PLMNBackbone NetworkGPRSGPRS数据传输示意图数据传输示意图E Enhanced nhanced D Dataata rates forrates for G Globallobal E EvolutionvolutionE EGPRSGPRS与与EDGEEDGE概念概念GPRSGPRS与与EDGEEDGE信道编码信道编码