GSM蜂窝移动通信系统4.docx
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GSM蜂窝移动通信系统4
第八讲 呼叫处理
8.1客户状态
移动台客户状态一般是处于MS(客户)开机(空闲状态)、MS关机和MS忙三种状态之一,因此网路需要对这三种状态做相应处理。
(1)MS开机,网路对它作“附着”标记。
当移动台开机(打开电源)后,它首先要在空中接口上搜索以找到正确的频率,并依靠搜索到的正确频率校正和同步频率,并将此频率锁定。
该频率载有广播信息和可能的寻呼信息。
若MS是第一次开机,在其数据存储器(SIM卡)中找不到原来的位置区识别码(LAI),它就立即要求接入网路,向MSC发送“位置更新请求”消息,通知GSM系统这是一个此位置区内的新客户,如图8-1所示,MSC根据该客户发送的IMSI中的HlH2H3消息,向该客户的归属位置寄存器(HLR)发送“位置更新请求”,HLR记录发请求的MSC号码(即M1M2M3),并向MSC回送“位置更新接受”消息,至此MSC认为此MS已被激活,在拜访位置寄存器(VLR)中对该客户对应的IMSI上作“附着”标记,再向MS发送“位置更新证实”消息,MS的SIM卡记录此位置区识别码。
图8-1第一次登记若MS不是第一次开机,而是关机后又开机的,MS接收到的LAI(LAI是在空中接口上连续发送的广播信息的一部分)与它SIM卡中原来存储的LAI不一致,那么它也是立即向MSC发送“位置更新请求”,MSC要判断原有的LAI是否是自己服务区的位置,如判断为肯定,MSC只需对该客户的SIM卡原来的LAI码改写成新的LAI码,并在该客户对应的IMSI作“附着”标记即可;判断为否定,MSC需根据该客户的IMSI中的HlH2H3信息,向该客户的HLR发送“位置更新请求”,HLR在该客户数据库内记录发请求的MSC号码,再回送“位置更新接受”,MSC再对该客户的IMSI作“附着”标记,并向MS回送“位置更新证实”信息,MS将SIM卡原来的LAI码改写成新的LAI码。
但若MS关机再开机时,所接收到的LAI与它SIM卡中原来存储的LAI相一致,那么MSC只对该客户作“附着”标记。
(2)MS关机,从网路中“分离”。
前面已经提到,一个激活状态的MS在VLR中标有“附着”标记。
当MS切断电源关机时,MS即向网路发送最后一条消息,其中包括分离处理请求,MSC接收到后,即通知VLR对该MS对应的IMSI上作“分离”标记(如图8-2所示),而归属位置寄存器(HLR)并没有得到该客户已脱离网路的通知。
当该客户被寻呼,HLR向拜访MSC/VLR要漫游号码(MSRN)时,MSC/VLR通知HLR该客户已分离网路,不再需要发送寻找该客户的寻呼消息。
图8-2分离程序
(3)MS忙
此时,无线网路分配给MS一个业务信道传送话音或数据,并在该客户ISDN上标注客户”忙”。
当MS移动时,必须有能力转到别的信道上,这就叫切换。
为了决定是否需要切换及怎样切换,系统要对来自MS和BTS的消息进行判断分析,这叫“定位”。
8.2周期性登记
若MS向网路发送“IMSI分离”消息时,由于此时无线链路质量很差,衰落很大,那么GSM系统有可能不能正确译码,这就意味着系统仍认为MS处于附着状态。
再如MS开着机,可移动到覆盖区以外的地方,即盲区,GSM系统也不知道,仍认为MS处于附着状态。
此时该客户被寻呼。
系统就会不断地发出寻呼消息,无效占用无线资源。
为了解决上述问题,GSM系统采取了强制登记的措施。
例如要求MS每30分钟登记一次(时间的长短由运营者设定),这就是周期性登记。
这样,若GSM系统没有接收到某MS的周期性登记信息,它所处的VLR就以“隐分离”状态在该MS上做记录,只有当再次接收到正确的周期性登记信息后,将它改写成“附着”状态。
网路是通过BCCH通知MS其周期性登记的时间。
8.3初始化
初始化过程是一个随机接入过程。
从广义上说,这个过程始于MS,MS在RACH(随机接入信道)上发送一条“信道请求”消息,BTS收到此消息后通知BSC,并附上BTS对该MS到BTS传输时延的估算及本次接入原因,BSC根据接入原因及当前资料情况,选择一条空闲的专用信道SDCCH通知BTS激活它。
BTS完成指定信道的激活后,BSC在AGCH(允许接入)上发送“立即分配”消息或称为初始化分配消息,其中包含BSC分配给MS的SDCCH信道描述,初始化时间提前量、初始化最大传输功率以及有关参考值。
每个在AGCH信道上等待分配的MS可以通过比较参考值来判断这个分配信息的归属,以避免争抢引起混乱。
当MS正确地收到自己的初始分配后,根据信道的描述,把自己调整到该信道上,建立一条传输信令的链路,发送第一个专用信道上的初始消息,其中含有客户的识别码(来自SIM卡上的信息)、本次接入的原因、登记和鉴权等内容。
当BSC没有空闲信道可供分配时,BSC要向MS发出“立即分配拒绝”消息,其中可以含有一个限制MS继续呼出的时间指示。
这是—种减少RACH信道过载的方法。
8.4位置更新
MS从一个位置区移到另一位置区时(如图8-3),必须进行登记,也就是说一旦MS发现其存储器中的LAI与接收到的LAI发生了变化,便执行登记。
这个过程就叫“位置更新”。
图8-3MS从一个位置移动到另一个位置区
首先考虑处于开机空闲状态的连续移动的MS,它被锁定于一个已定义的无线频率,即某小区(如图8-4小区1)的BCCH载频上,此载频的零时隙(TSo)载有BCCH和CCCH。
当MS向远离此小区BTS的方向移动时,信号强度就会减弱。
当移动到两小区(如图8-4小区l与小区2)理论边界附近的某一点时,MSC就会因信号强度太弱而决定转移到邻近小区的新的无线频率上。
为了正确选择无线频率,MS要对每一个邻近小区的BCCH载频的信号强度进行连续测量。
当发现新的BTS(如图8-4小区2的BTS)发出的BCCH载频信号强度优于原小区时,MS将锁定于这个新载频,并继续接收广播消息及可能发给它的寻呼消息,直到它移向另一小区。
由于小区1和小区2有相同的位置区码,所以MS接收的BCCH载频的改变并没有通知网路。
这就是说,MS在没有进行位置更新时,网路并不参与此处理过程。
小区2和小区3不属于同一位置区。
当MS从小区2移动到小区3时,MS通过接收BCCH便可知道已接入了新位置区。
由于位置信息非常重要,因此位置区的变化一定要通知网路。
这在移动通信中称为“强制登记”。
图8-4MS从一个小区移动到另一个小区
(1)不同MSC/VLR业务区间的位置更新
当MS从小区3移向小区5时(如图8-5),BTS5通过新的BSC把位置区消息传到新的MSC/VLR。
这就是不同MSC/VLR业务区间位置更新。
图8-5不同MSC/VLR业务区位置更新
图8-6示范了MSC之间的位置更新过程。
MS从一个BTS小区移向不同MSC的另一个BTS小区时,它发现自己锁定的BCCH载频信号强度在减弱,而另一BTS小区的BCCH信号在增强,MS就通过新的BTS小区向MSC发送一个具有“我在这里”的信息,即位置更新请求。
MSC把位置更新请求消息送给HLR,同时给出MSC的和MS的识别码,HLR修改该客户数据,并回给MSC一个确认响应,VLR对该客户进行数据注册,最后由新的MSC发送给MS一个位置更新确认,同时由HLR通知原来的MSC删除VLR中有关该MS的客户数据。
当然在这一过程发生前,要进行MS的鉴权。
图8-6位置更新的网路方案
(2)同MSC/VLR不同位置区的位置更新
不同BSC控制的位置区,BTS4通过新的BSC把位置消息传给原来的MSC/VLR,图8-7示范了这一过程。
图8-7同MSC/VLR业务区内漫游时的位置更新
当MS从某一小区移向同一MSC不同BSC的另一小区时,MS通过新的朋C将位置更新消息传给原来的MSC,MSC分析出新的位置区也属本业务区内的位置区,即通知VLR修改客户数据,并向MS发送位置更新确认。
8.5切换
将一个正处于呼叫建立状态或忙状态的MS转换到新的业务信道上的过程称为切换。
切换是由网路决定的,一般在下述两种情况下要进行切换:
一种是正在通话的客户从一个小区移向另一个小区;
另一种是MS在两个小区覆盖重叠区进行通话,可占用的TCH这个小区业务特别忙,这时BSC通知MS测试它邻近小区的信号强度、信道质量,决定将它切换到另一个小区,这就是业务平衡所需要的切换。
切换的产生是BTS首先要通知MS将其周围小区BTS的有关信息及BCCH载频,信号强度进行测量,同时还要测量它所占用的TCH的信号强度和传输质量,再将测量结果发送给基站控制系统(BSC),BSC根据这些信息对周围小区进行比较排队(这就是“定位”),最后由BSC做出是否需要切换的决定(见图8-8)。
另外,BSC还需判别在什么时候进行切换,切换到哪个BTS。
图8-8BSC决定是否要切换
(1)BSC内切换
在这种情况下,BSC需要建立与新BTS间的链路,并在新小区内分配一TCH供MS切换到此小区后使用,而网路MSC对这种切换不做进一步了解。
由于切换后邻近小区发生了变化,MS必须接收了解有关新的邻近小区的信息。
若MS所在的位置区也变了,那么在呼叫完成后还需进行位置更新(见图8-9)。
图8-9同BSC的两个BTS间切换
(2)相同MSC/VLR业务区,不同MSC间的切换
在这种情况下,网路很大程度地参与了切换过程,见图8-10。
图8-10同MSC/VLR不同BSC间的切换
BSC需向MSC请求切换,然后再建立MSC与新的BSC、新的BTS的链路,选择并保留新小区内空闲TCH供MS切换后使用,然后命令MS切换到新频率的新TCH上。
切换成功后MS同样需要接收了解周围小区信息,由于位置区发生了变化,在呼叫完成后还须进行位置更新。
(3)不同MSC间的切换
这是一种最复杂的情况,切换前需进行大量的信息传递。
这种切换由于涉及两个MSC,我们称切换前MS所处的MSC为服务交换机(MSCA),切换后MS所处的MSC为目标交换机(MSCB),如图8-11所示。
图8-11不同MSC间的切换
MS原所处的BSC根据MS送来的测量信息作决定需要切换就向MSCA发送切换请求,MSCA再向MSCB发送切换请求,MSCB负责建立与新BSC和BTS的链路连接,MSCB向MSCA回送无线信道确认。
根据越局切换号码(HON),两交换机之间建立通信链路,由MSCA向MS发送切换命令,MS切换到新的TCH频率上,由新的BSC向MSCB,MSCB向MSCA发送切换完成指令。
MSCA控制原BSC和BTS释放原TCH。
8.6寻呼
呼叫MS的路由到达该MS服务的MSC后,MSC即向MS发寻呼消息,这个消息在整个位置区内广播,这就是说位置区(LAI)内的所有基站收发信机(可以是由一个BSC控制,也可以是几个BSC控制的基站)都要向MS发送寻呼消息(见图8-12)。
LAI内正在接收CCCH信息的被叫MS便会接收此寻呼消息并立即响应。
图8-12寻呼
假设一MS处于激活且空闲状态,客户A要建立一个呼叫,他只要拨被叫B客户号码,再按“发送”键,MS便开始启动程序。
首先,MS通过随机接入控制信道(RACH)向网路发第一条消息,即接入请求消息,MSC即分配给它一专用信道,查看A客户的类别并标注此客户忙。
若网路允许此MS接入网路,则MSC发证实接入请求消息。
接着,MS发呼叫建立消息及B客户号码,MSC根据此号码将主叫与被叫所在的MSC连通,并将被叫号码送至被叫所在MSC(B客户为移动客户时)或送入固定网(PSTN)转接交换机(B客户为固定客户时)中进行分析。
一旦通往B客户的链路准备好,网路便向MS发呼叫建立证实,并给它分配专用业务信道TCH。
至此,呼叫建立过程基本完成,MS等待B客户响应的证实信号。
8.7 MS主叫
若一MS处于激活且空闲状态,客户A要建立一个呼叫,他只要拨被叫
B客户号码,再按“发送”键,MS便开始启动程序。
首先,MS通过随机接入控制信道(RACH)向网路发第一条消息,既接入请求消息,MSC会分配它一专用信道,查看A客户的类别并标注此客户忙。
若网路容许此MS接入网路,则MSC发证实接入请求消息。
接着,MS发呼叫建立消息及B客户号码,MSC根据此号码将主叫与被叫所在MSC连通,并将被叫号码送至被叫所在MSC(B客户为移动客户时)或送入固定网(PSTN)转界交换机(B客户为固定客户时)中进行分析。
一旦通往B客户的链路准备好,网路便向MS发呼叫建立证实,并给它分配专用业务信道TCH。
至此,呼叫建立过程基本完成,MS等待B客户的证实信号。
8.8MS被叫
若MS作被叫,以PSTN的固定客户A呼叫GSM的移动客户B的呼叫建立过程,如图8-13所示。
B客户号码为139HlH2H3ABCD。
图8-13GSM系统呼叫移动客户时接续示意图
A客户(如北京固定网某客户)拨打B客户(如上海数字移动某客户),拨MSISDN(0139HlH2H3ABCD)号码。
本地交换机根据A客户所拨B客户号码中国内目的地代码(139)可以与GSM网的GMSC(GSM网入口交换机)间建立链路,并将B客户MSISDN号码传送给GMSC。
GMSC分析此号码,根据HlH2H3ABCD,应用查询功能向B客户的HLR发MSISDN号码,询问B客户漫游号码(MSRN)。
HLR将B客户MSISDN号码转换为客户识别码(IMSI),查询B客户目前所在的业务区MSC(如他已漫游到广州),向该区VLR发被叫的IMSI,请求VLR分配给被叫客户一个漫游号码MSRN,VLR把分配给被叫客户的MSRN号码回送给HLR,由HLR发送给GMSC。
GMSC有了MSRN,就可以把入局呼叫接到B客户所在的MSC(北京-广州)。
GMSC与MSC的连接可以是直达链路,也可由汇接局转接。
VLR查出被叫客户的位置区识别码(LAI)之后,MSC将寻呼消息发送给位置区内所有的BTS,由这些BTS通过无线路径上的寻呼信道(PCH)发送寻呼消息,在整个位置区覆盖范围内进行广播寻呼。
守候的空闲MS接收到此寻呼消息,识别出其IMSI码后,发送应答响应。
8.9释放
GSM系统使用的呼叫释放方法与其它通信网使用的呼叫释放方法基本相同,通信的双方都可以随时终止通信。
在GSM实施第一阶段的规范中,对释放过程可以简化成只用两条消息,如释放由移动台发起,客户按“结束(END)”键发“拆除”消息,MSC收到后就发送“释放”消息。
若是网路端(如PSTN)发起的释放过程,MSC收到“释放”消息就向移动台发出“拆线”消息。
在GSM实施的第一阶段,客户从拆线到释放这段时间内不再交换信令数据,于是释放过程可以简化成只用两条消息。
用三条消息这种更复杂的释放过程只是用于将来在客户拆线到释放这段时间交换必要的信令。
如果是一次ISDN的通信,MSC在ISUP上送出“释放”消息,通知对方通信终止,端到端的连接到此结束。
但至此呼叫并末完全释放,MSC到移动台的本地链路仍然保持还需执行一些辅助任务,例如向移动台发送收费指示等。
当MSC认为没有理由再保持与移动台之间的链路时,就向移动台送“拆除”消息,移动台返回“释放完成”消息,这时所有低层链路才释放,移动台回到空闲状态。
8.8MS被叫
若MS作被叫,以PSTN的固定客户A呼叫GSM的移动客户B的呼叫建立过程,如图8-13所示。
B客户号码为139HlH2H3ABCD。
图8-13GSM系统呼叫移动客户时接续示意图
A客户(如北京固定网某客户)拨打B客户(如上海数字移动某客户),拨MSISDN(0139HlH2H3ABCD)号码。
本地交换机根据A客户所拨B客户号码中国内目的地代码(139)可以与GSM网的GMSC(GSM网入口交换机)间建立链路,并将B客户MSISDN号码传送给GMSC。
GMSC分析此号码,根据HlH2H3ABCD,应用查询功能向B客户的HLR发MSISDN号码,询问B客户漫游号码(MSRN)。
HLR将B客户MSISDN号码转换为客户识别码(IMSI),查询B客户目前所在的业务区MSC(如他已漫游到广州),向该区VLR发被叫的IMSI,请求VLR分配给被叫客户一个漫游号码MSRN,VLR把分配给被叫客户的MSRN号码回送给HLR,由HLR发送给GMSC。
GMSC有了MSRN,就可以把入局呼叫接到B客户所在的MSC(北京-广州)。
GMSC与MSC的连接可以是直达链路,也可由汇接局转接。
VLR查出被叫客户的位置区识别码(LAI)之后,MSC将寻呼消息发送给位置区内所有的BTS,由这些BTS通过无线路径上的寻呼信道(PCH)发送寻呼消息,在整个位置区覆盖范围内进行广播寻呼。
守候的空闲MS接收到此寻呼消息,识别出其IMSI码后,发送应答响应。
8.9释放
GSM系统使用的呼叫释放方法与其它通信网使用的呼叫释放方法基本相同,通信的双方都可以随时终止通信。
在GSM实施第一阶段的规范中,对释放过程可以简化成只用两条消息,如释放由移动台发起,客户按“结束(END)”键发“拆除”消息,MSC收到后就发送“释放”消息。
若是网路端(如PSTN)发起的释放过程,MSC收到“释放”消息就向移动台发出“拆线”消息。
在GSM实施的第一阶段,客户从拆线到释放这段时间内不再交换信令数据,于是释放过程可以简化成只用两条消息。
用三条消息这种更复杂的释放过程只是用于将来在客户拆线到释放这段时间交换必要的信令。
如果是一次ISDN的通信,MSC在ISUP上送出“释放”消息,通知对方通信终止,端到端的连接到此结束。
但至此呼叫并末完全释放,MSC到移动台的本地链路仍然保持还需执行一些辅助任务,例如向移动台发送收费指示等。
当MSC认为没有理由再保持与移动台之间的链路时,就向移动台送“拆除”消息,移动台返回“释放完成”消息,这时所有低层链路才释放,移动台回到空闲状态。
8.10 主要接续流程
为了对GSM系统的整体工作流程有进一步的认识,本节描述几种主要接续流程。
移动客户至固定客户出局呼叫流程
移动台始发呼叫框图见图8-14,流程图见图8-15。
图8-14移动台始发呼叫框图
图8-15MS始发呼叫流程图
图中流程说明如下:
(1)在服务小区内,一旦移动客户拨号后,移动台向基站请求随机接入信道。
(2)在移动台MS与移动业务交换中心MSC之间建立信令连接的过程。
(3)对移动台的识别码进行鉴权,如果需加密则设置加密模等,进入呼叫建立的起始阶段。
(4)分配业务信道的过程。
(5)采用七号信令的客户部分(1SUP/TUP),建立与固定网(ISDN/PSTN)至被叫客户的通路,并向被叫客户振铃,向移动台回送呼叫接通证实信号。
(6)被叫客户取机应答,向移动台发送应答连接消息,最后进入通话阶段。
固定客户至移动客户入局呼叫的基本流程
移动台终结呼叫框图如图8-16所示,流程图如图8-17所示。
图8-16移动台终结呼叫框图
图8-17MS终结呼叫流程图
流程说明如下:
(1)通过No.7信令客户部分ISUP/TUP,入口MSC(GMSC)接受来自固定网(1SDN/PSTN)的呼叫。
(2)GMSC向HLR询问有关被叫移动客户正在访问的MSC地址(即MSRN)。
(3)HLR请求拜访VLR分配MSRN。
MSRN是在客户每次呼叫时由拜访VLR分配并通知HLR。
(4)GMSC从HLR获得MSRN后,便可寻找路由建立至被访MSC的通路。
(5)(6)被访MSC从VLR获得有关客户数据。
(7)(8)MSC通过位置区内的所有基站BTS向移动台发送寻呼消[息。
(9)(10)被叫移动客户的移动台发回寻呼响应消息后,执行与上述出局呼叫流程中的
(1)、
(2)、(3)、(4)相同的过程,直到移动台振铃,向主叫客户回送呼叫接通证实信号。
(11)移动客户取机应答,向固定网发送应答连接消息,至此进入通话阶段。
位置更新基本流程
图8-18为一种典型的MSC间位置更新基本流程。
图8-18位置更新流程图
图说明如下:
(1)移动台MS从一个位置区(属于MSCA的覆盖区)移动到另一个位置区(属于MSCB的覆盖区)。
(2)通过检测由基站BTS持续发送的广播信息,移动台发现新收到的位置识别码与目前使用的位置区识别码不同。
(3)(4)移动台通过该基站向MSCB发送“我在这里”位置更新请求消息。
(5)MSCB把含有MSCB标识和MS识别码的位置更新消息送给HLR(鉴权或加密计算过程从此时开始)。
(6)HLR返回响应消息,其中包含全部相关的客户数据。
(7)(8)在访问的VLR中进行客户数据登记。
(9)通过基站把有关位置更新响应消息送给移动台(如果重新分配TMSI,此时一起送给移动台)。
(10)通知原来的VLR则除有关此移动客户的数据。
切换基本流程
图8-19为一种典型的MSC之间切换的基本流程。
图8-19MSC间切换流程图
图说明如下:
(1)稳定的呼叫连接状态。
(2)移动台对邻近基站发出的信号进行无线测量,包括功率、距离和话音质量。
这三个指标决定切换的门限值。
无线测量结果通过信令信道报告给基站子系统BSS中的基站收发信台BTS。
(3)无线测量结果经过BTS预处理后传送给基站控制器BSC,BSC综合功率、距离和话音质量进行计算,并与切换门限值进行比较,决定是否要进行切换,如果需要再向MSCA发出切换请求。
(4)MSCA决定执行MSC之间的切换。
(5)MSCA请求在MSCB区域内建立无线通道,然后在MSCA与MSCB之间建立连接。
(6)MSCA向移动台发出切换命令后,移动台切换到已准备好连接通路的基站。
(7) 移动台发出切换成功确认消息传送给MSCA,以释放原来的信息等资源。
呼叫释放基本流程
图8-20和图8-21表示了MS发起呼叫和网路端发起呼叫信道释放基本流程。
图8-20MS发起释放
图8-21网路端发起信道释放
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