1.1.5 信令协议
了解了通信网络的各个接口之后就要对这个接口的协议进行说明，以便大家知道各个接口是如何完成那些功能的，GSM系统的各个接口协议如图1-3所示。
图1-3 GSM系统主要接口的协议分层
其中，
TDMA Time Division Multiple Access 时分多址
LAPDm Link Access Protocol for Dm Channel Dm信道链路接入协议
RR Radio Resource 无线资源
MM Mobility Management 移动性管理
CM Connection Management 连接管理
PCM Pulse Code Modulation 脉冲编码调制
LAPD Link Access Protocol for D channel D信道接入协议
BTSM Base Transceiver Station Management 基站收发站管理
MTP Message Transfer Part 消息传递部分
SCCP Signaling Connection & Control Part 信令连接控制部分
BSSMAP Base Station System Mobile Application Part 基站系统移动应用部分
L1 Layer 1 层1
L2 Layer 2 层2
L3 Layer 3 层3
1.L1（也称物理层）
L1层是无线接口的最底层，提供传送比特流所需的物理链路，为高层提供各种不同功能的逻辑信道，包括业务信道和逻辑信道。
2.L2
L2层主要目的是在移动台和基站之间建立可靠的专用数据链路，基于ISDN的D信道链路接入协议（LAPD），但做了改动，在Um接口的L2协议称为LAPDm。
3.L3
L3层实际负责控制和管理的协议层，包括三个基本子层：RR（无线资源）、MM（移动性管理）和CM（接续管理），其中一个接续管理层中包含多个呼叫控制（CC）单元，提供并行呼叫处理，支持补充业务和短消息业务，在CM子层中还包括补充业务管理（SS）单元和短消息业务管理（SMS）单元。
对于移动通信网的维护优化人员来说，更多的是要去关注L3层的协议。
比如：
（1）RR层是终止于基站子系统，这意味着RR层的消息不可能会通过A接口发送到MSC去处理；
（2）MM和CM层都是终止于MSC，在A接口中是采用直接转移应用部分（DTAP）传递，BSS则是不处理MM和CM消息。
从事通信专业工作的人员对于信令消息并不陌生，因为在日常工作中处理用户投诉和网络优化工作中做得最多的就是分析信令。信令协议和接口像一对孪生兄弟一样经常在一起出现，协议是有接口的两个设备之间通信的语言，就比如两个中国人对话用汉语、两个美国人对话用英语。
RR、MM、CM消息都是什么样子呢，我们下面以GSM用户做主叫的部分流程（见图1-4）为示例进行解读，以便读者对信令协议分层有感性的认识，后续有很多地方都会有对信令的解读，还需要读者慢慢消化。
图1-4 GSM用户主叫流程
流程1：当一个空闲态用户想打电话的时候，发出的第一条消息是信道请求，要求网络提供一条SDCCH，有两个参数：建立原因和RAND。这里的原因是MS发起呼叫，其他原因有紧急呼叫、呼叫重建和呼叫响应等。
流程2：BTS收到用户的信道请求，由于无线资源管理职责在BSC上，所以BTS会将Channel Request（信道请求）发给BSC进行处理。
流程3：BSC收到此消息后，则根据对现有系统中无线资源的判断，为该次请求选择一条相应的空闲信道供MS使用，但所分配的信道及其地面资源是否可用，还需BTS做应答证实，这个程序的执行是通过BSC向BTS发送一条Channel Activation（信道激活）报文来查询相应的地面资源是否可用。
流程4：BTS在准备好相应资源后回送Channel Activation ACK。
流程5：BSC为其分配相应的信道成功后，在接入允许信道（AGCH）中通过Immediate Assign Command（立即指配）消息通知MS为其分配的SDCCH。在立即指配中，除包含SDCCH信道相关信息外，还包括RAND、缩减帧号（T）、时间提前量（TA）等。
流程6：BTS在收到BSC的立即指配消息后转发给UE。
立即指配的目的是在Um接口建立MS和系统间的无线连接，即RR连接，这就是L3中RR层无线资源管理的功能。
流程7：MS收到立即指配消息后，如果RAND和T都符合要求，就会转换到指定的SDCCH信道上，然后在该信道上发送SABM（设定异步模式）帧，其中包含一个完整的L3（RR）消息（CM Service Request）。
根据“信道申请”的原因不同，SABM携带的初始化报文分为如下四种。
· CM业务请求（呼叫建立、短消息、附加业务管理等）；
· 位置更新请求（正常位置更新、周期性位置更新、IMSI附着）；
· IMSI分离；
· 寻呼响应。
流程8-1：在Abis接口上，这条消息是建立指示（Establish Indication)，用来通知已建立LAPDm连接，作为对立即指配消息的应答。
流程8-2：BTS在收到SABM帧后，不经过任何修改地向MS发一个内容与SABM完全一样的UA帧（无编号证实）（SABME），作为对SABM帧的应答，表明在MS和系统之间已建立了一条LAPDm的L2无线链路，在SABM中MS向BSS表明请求的服务类型，如位置更新、主叫通话、寻呼响应等。MS将UA帧与本身所发送的SABM帧的信息内容相比较，只有当两者完全一样时，才会继续接入，否则放弃这个信道，并重复立即指配程序（相当于重新分配SDCCH信道）。
流程9：L3消息包含在A接口上SCCP的确认请求（CR）中传递。
流程10：为建立SCCP连接，MSC向BSC回送连接确认消息，对SCCP层来说，CR与CC的交换是源参考地址与目的地址的交换。
流程11：MSC通知VLR处理此次MS的接入业务请求。
后续将会进行鉴权、加密等信令流程完成用户的主叫业务，从上面这段信令流程可以看到，RR无线资源管理层是UE和基站设备之间的空口连接管理功能，BSS会将空口RR层消息映射为BSS移动应用部分（BSSMAP）的A接口消息传递给MSC进行处理。空口的RR层消息是承载在GSM空口信道上，主要包含RACH（随机接入信道）、AGCH（准许接入信道）、SDCCH（独立专用控制信道）。
流程12：VLR接收到MSC本次呼叫接入请求之后，首先对移动用户身份进行鉴定，VLR首先查看在数据库中是否有该MSC的鉴权三参数组，如果有，将直接向MSC下发鉴权命令；否则，向相应的HLR/AC请求鉴权参数，从HLR/AC得到三参数组，然后下发鉴权命令。
流程13：MSC收到VLR发送的鉴权命令后，通过BSC向MS下发鉴权请求，该命令属于DTAP消息，因此被直接传送给MS。
流程14：MS收到鉴权请求后，利用SIM卡中的Ki、RAND和鉴权算法得出SRES，并通过Auth Response（鉴权响应）消息传送给MSC。
流程15：VLR核对MS上报的SRES与从HLR取到的SRES是否相同，相同的话，则允许接入。
从上面的流程我们可以看到MM层（移动性管理）消息用于MSC和MS之间进行交互，BSS做透明处理，A接口是用于DTAP消息传送给MSC的，空口同样是承载在各个物理信道上的。
在通信专业的书籍中我们都会看到协议栈的图谱，为的是了解一个通信业务的实现过程都要经过哪些设备，设备之间的通信协议是什么，不直连的设备之间的信息是如何传递的，这个章节为我们普及了传统移动通信网络的业务大致是怎样的网络架构，网络中设备之间的通信是怎么进行的。