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图1 :MS GPRS上行高层业务信令面协议栈
一 GPRS信令面协议栈
图1描述了GPRS系统的信令面协议栈。图的最上面是从应用层来的等待发送的用户数据报文。这些等待发送的上层用户数据叫做网络协议数据单元(N-PDU)。为了发送N-PDU,需要建立PDP上下文。
接下来是会话管理(SM)层。这是应用层请求SM层来建立一个PDP上下文。
层之间通过交换原语(primitive)来进行通信;所有的层也都使用这些定义的原语来和上层和下层进行通信。如果是应用层到SM层的原语,除了要求SM层来建立PDP上下文之外,还需要SM层来发送相关的信息,包括:
- 被叫IP地址
- 应用层希望使用哪个网络服务接入点(NSAP)来接入GPRS sub-network(子网)。
- 通信类型(例如TCP/IP)
- 用于传递用户数据报文所需要的服务质量。
- 如果有SIM卡,则还需要提供用户的IP地址(SIM卡本身没有IP,但它将在PDP上下文建立时从网络侧接收到一个动态IP地址)。
- GGSN的APN也需要包含。
二 信令,会话管理SM层(GSM44.008 第6节)
一旦接收到应用(或网络层)层的请求,SM层将构建"PDP Context Activation Request"消息来传递给它的对等实体,GPRS子网SM层,位于SGSN上面。然后它将要求GPRS MM(移动性管理GMM)层来执行GPRS附着(attach)到GPRS子网上。我们在这里假设GMM层已经附着了。
GMM层告诉SM层已经附着成功了。SM层将开始转发"PDP Context Activation Request"消息给GMM层,要求它来处理这个消息。形式上来看,SM层是使用GMM层的服务来提供到它的GPRS子网对等题的通信链路的。
GMM层将封装SM消息(或者也叫做SM PDU)到一个GMM帧中并且向下传递给LLC层。
我们将把其他层的描述放在别的章节,这里我们仍然来先看SM层。SM层最终将收到GPRS子网SM层"PDP Context Activation Request Accept"消息(也有可能是PDP reject)。这个消息将对用于通信会话需要的QOS进行确认,并给予手机分配一个临时的动态地址。并且将提供一个无线优先级用于手机为发送N-PDU请求无线资源(在PRACH上发)时使用。GPRS子网将使用这个优先级来决定,何时或者是否在一个高峰时期给予手机分配相应的无线资源。无线优先级也用于also used by the mobile station in conjunction with a broadcast parameter called persistence value to determine if it is allowed to send further requests (after the first request) for radio resources on the PRACH.
MS(移动台即手机终端)SM层通知它上面的网络层,PDP上下文已经建立,并给予它从GPRS子网得到的分配的动态IP地址和这个PDP上下文的Qos。
MS的网络层可能会接受或者拒绝这个PDP上下文;如果它拒绝了,那MS的SM层将通知GPRS子网 SM层(即SGSN侧的),这个PDP上下文将不被继续;如果MS网络层接受了,那SM层将通知SNDCP层(在后续的图2中描述)一个PDP上下文已经建立了。SNDCP层就知道了将要使用的无线优先级和Qos级别,以及用户层PDU希望使用哪个NSAP。
三 信令,移动性管理层(GMM)
GMM层的工作任务包括:
- 当收到SM层或应用层的命令时,附着到GPRS子网。附着的流程将通知GPRS子网关于MS的存在,并且允许它能识别和对MS进行鉴权并提供相应的用于加密的信息。如果MS附着到和上次附着不同的RA(Routing Area路由区),那么一个P-TMSI(packet temporary mobile subscriber identity)将被重新分配(尽管GPRS子网运营商可以在任何时间重新分配P-TMSI)。根据P-TMSI,MS和GPRS子网来生成一个本地TLLI(Local Temporary Logical Link Id)用于后续的手机侧和GPRS子网侧对手机的标识。(A local TLLI是TLLI的一种,由MS根据当前RA分配到的P-TMSI生成,如果MS发现它在一个不同的RA,那它将使用一个'foreigh' TLLI直到执行一个RA Update)。在MS中,GMM层将TLLI传递给RLC/MAC层并在TBF中包含,并且也给LLC层,用于指示其使用一个正确的TLLI。GMM层将加密密钥Ck,kc传递给LLC层用于完成加密。
- 执行一个RAU,当在小区重选时发现小区属于另一个RA或者MS中的RAU计时器超时时发生。RA的信息从RLC/MAC和LLC层传递到MS的GMM层。
- 执行一个小区更新,当MS是在‘GMM Ready’条件下并且是在相同的RA内重新选择一个小区的时候发生。
- 从GPRS子网去附着,这是由SM或应用层请求的。MS也可以由GPRS子网来决定去附着,MS的GMM层将执行这些命令。
- 为MS的SM层和GPRS子网的SM层提供一个信令的管道。
在图1中提到的信令模型,GMM层是由SM请求来执行附着的。GMM层将构建"attach request"消息并传递到LLC层,要求LLC层将其发送给SGSN的GMM层。LLC层将按照后面提到的方式传递过去。这个消息里最重要的信息就是MS的P-TMSI。以及,如果有的话,将提供加密密钥序列号cksn。
从P-TMSI,SGSN将能够识别出MS的IMSI。如果消息中指示的RA和MS尝试附着的RA不同,那SGSN将向指示的RA所属的SGSN去要MS的IMSI和签约信息。
从P-TMSI和cksn,GPRS子网运营商将决定是否对MS执行鉴权或直接进入加密模式,即不做鉴权。
如果MS的GMM层收到了从GPRS子网来的鉴权和加密的command,它将提取出RAND,交给SIM卡来生成要求的SRES(signed response)以及加密用的密钥kc。
GMM层将SRES放到消息"authentication and encryption response"里,并传递kc给LLC层。
当MS的GMM层收到了"attach accept"消息,则鉴权和加密的流程就完成了。这个消息正常情况下是加密的,并且会包含一个P-TMSI的重分配。
GMM层通知SM层,附着现在已经完成了。SM层然后将发送消息"PDP Context Activation Request"给GMM层(要求它将这个消息转发给SGSN侧的SM层)。
GMM层将这个消息放置到GMM PDU帧中并且要求LLC层来发送给SGSN侧的GMM层。GMM层将充当一个SM消息管道的功能。所有的消息都是由GMM层发出的,包括属于高层业务信令的移动性管理的信令和会话管理的信令消息。你可能记得高层服务信令总是使用逻辑信道PDTCH在空中接口上发送。
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