GSM 프로토콜

GSM의 프로토콜 구조는 OSI(Open System Interconnection) 모델을 바탕으로 한다. 따라서 GSM은 계층화된 프로토콜, 서비스 정의, SAP(Service Access Point), 그리고 캡슐화(encapsulation) 등의 개념이 이용된다. 아래 그림은 각 인터페이스에 존재하는 계층들을 보여 준다. 여기서 GSM이 ISDN과 SS7의 많은 개념을 도입하였고, GSM 프로토콜들의 원형을 이 두 가지로부터 가져왔다는 것을 알 수 있다.

 

 

GSM의 시그널링 프로토콜은 세 개의 계층으로 이루어져 있다. Layer1은 물리 계층(Physical Layer)으로 채널의 구조에 해당되는 부분이며 Layer2는 데이터 전송 계층(Data Link Layer)로 Um 인터페이스를 구성하는 부분인데 LAPD(Link Access Procedure for the ISDN D channel)의 수정 버전인 LAPDm이다. A 인터페이스로는 SS No.7(Signaling System No.7)의 MTP(Message Transfer Part) Layer2가 사용된다. Layer3는 세 개의 Sublayer로 나뉘어지며 무선 자원의 관리, 이동성 관리를 담당한다.

 

Q.931은 ISDN 3계층 프로토콜이다. GSM에서는 이동 단말과 GSM 장비와의 호 설정, 협상(Negotiation), 절단 등에 대해 수정된 Q.931(Q.931+)을 사용한다. LAP(Link Access Procedure)은 LAPDm(LAPD for a mobile link), LAPD(LAP for the D channel) 그리고 MTP 레벨2 등 세 가지 버전이 있다. 이들의 기능은 물리적 채널을 지나는 트래픽을 안전하게 전달하기 위한 것이다. SCCP, MTP 그리고 TCAP(Transaction Capability Application Part)은 SS7 표준안으로부터 파생되었고 GSM 동작을 위해 일부 수정된 것이다.

 

① 2계층 프로토콜의 비교
GSM은 인터페이스 상에서 하나 이상의 링크 계층 프로토콜을 사용한다. LAPDm, LAPD 그리고 MTP2 프로토콜은 기능 면에서 상당히 비슷하고 이것들은 모두 HDLC(High level Data Link Control)로부터 도출되었다. 이 세 가지 프로토콜의 주요 차이점 중 하나는 프레임 협약의 사용이다. LAPD와 MTP2는 채널 상에서 프레임의 시작과 끝을 규정한 HDLC 표식을 사용하여 구분한다. LAPDm에서는 하위의 물리 계층에 있는 구조 블록 때문에 HDLC 표식의 사용이 필요하지 않다.

또한 LAPD와 MTP2는 HDLC 동작의 에러를 검사하는데 사용한다. 그러나 LAPDm에서는 에러 검사 절차가 하위의 물리 계층에서 이루어지므로 이러한 기능이 필요하지 않다. 이들 세 가지 데이터링크 프로토콜들의 형태도 서로 다르다. LAPD와 LAPDm은 규정된 HDLC 프레임 형태를 사용하는 반면 MTP2는 SS7의 2계층의 특유한 형태를 사용한다. 그러나 형태에 상관없이 이 데이터링크 계층의 목적은 두 장치간의 인터페이스를 통해 트래픽을 안전하게 전달하는 것이다.

 

② Abis 인터페이스에서의 프로토콜
Abis 인터페이스를 위해 LAPD 프로토콜이 1계층에서 사용되고 Q.931+가 3계층의 LAPD에서 사용된다. 아래 그림은 Q.931+를 위한 메시지의 일반적인 구조를 보여 준다.

 

 

GSM Q.931+ 메시지 역시 이와 유사한 형태를 사용한다. 이 메시지는 다음의 파라미터들을 반드시 포함해야 한다.
- 프로토콜 식별장치(Protocol Discriminator, 4비트) : 목적지에  도착한 메시지를 누가 처리해야 하는지를 나타낸다. 여러 가지 객체들이 GSM 장치 안에 있으므로 메시지를 생성한 곳에서 적당한 객체를 가리키도록 이 항목을 채운다.
- 트랜잭션 식별 표식(TIF:Transaction Identifier Flag, 1비트) : 메시지의 송신측을 가리킨다. 송신자에 의해 0으로 설정되며 응답을 보낼 때 1로 설정된다.
- 트랜잭션 식별자(TI:Transaction Identifier, 3비트) : Q.931의 호 참조 번호(Call Reference Number)와 비슷하다. 이것은 다중 연결과 이들과 관련된 메시지를 구분한다.

- 메시지 종류(Message Type) : 설정과 연결, 해제 등과 같은 메시지의 기능을 나타낸다.

 

③ A 인터페이스의 프로토콜
MSC와 BSC 사이의 인터페이스를 A 인터페이스라 한다. 이 인터페이스는 아래 그림에서 보는 바와 같이 SCCP를 사용하는 SS7에 기반한 인터페이스이다. 신호 스택 상에서 3계층 위에 MSC와 BSC, 그리고 MSC와 MS 사이의 통신에 쓰이는 프로토콜인 BSSAP가 있다. MSC는 BSC와 MS 각각과 통신을 하므로, BSSAP는 BSSMAP과 DTAP의 두 부분으로 나뉘어진다. BSSMAP은 BSS에 의해서 시작되는 메시지들을 포함한다. DTAP은 MSC로부터 MS까지 혹은 그 반대인 경우, BSS를 통해 transparent하게 전달되는 메시지들을 포함한다. BSSOMAP(BSS Operation and Maintenance Part)은 표준으로 정의되어 있지만, BSC는 통상 장비 공급자들의 독점적인 프로토콜로 구현된다.

 

 

A 인터페이스는 SS7 프로토콜의 많은 부분을 사용한다. MTP 레벨1은 일반적인 OSI 물리 계층의 기능을 수행한다. 이것은 물리 채널 상에서 신호들을 송수신한다.

 

MTP2는 OSI 2계층과 밀접한 관계가 있다. 이것은 SS7 노드들간의 각각의 링크 상에서 트래픽의 전달을 책임진다. SS7의 상위 계층에서의 트래픽은 MTP2의 신호 단위에 의해 캡슐화되고 채널을 통해 수신 노드로 보내진다. 이 노드는 송신 도중 발생하는 에러를 검사하고 예방작업을 수행한다. MTP3는 OSI 3계층의 기능 즉 장치간 그리고 장치의 구성 요소 사이의 메시지를 라우팅한다. 또한 다중 링크 상에서의 부하 공유(Load sharing)을 수행하고 노드에 연결이 발생 또는 끊어졌을 때 재구성을 수행한다.

 

GSM에서 MTP3는 A 인터페이스 상의 개체 사이에 메시지를 전달하고 장치간의 다중 링크 관리와 관련 있는 기능들을 수행한다.
SCCP는 OSI 2계층과 연관된 여러 가지 기능과 유사하다. 이것의 몇 가지 기능은 광역 주소 지정으로 MTP 계층들을 지원하고 비연결형 또는 연결형 서비스 제공하며 순서 정렬과 흐름 제어 등을 제공하는 것이다. 그러나 이 모든 기능이 GSM에서 사용되는 것은 아니다.

 

A 인터페이스에서 두 가지 클래스가 사용되는데 클래스 0은 특정한 이동국에 속하지 않는 모든 동작을 나타내고 클래스 2는 연결을 설정하는데 쓰인다. 마지막으로 DTAP(Direct Transfer Application Part)과 BSSMAP(BSS Management Part) 메시지는 MS와 MSC 또는 BS와 MSC 사이에 각각 전달된다. 이들 메시지는 SCCP 위에서 수행된다. SCCP 위에서 수행되는 애플리케이션 안의 헤더가 이 메시지의 목적지를 가리킨다. 이를 식별장치 표식이라고 하는데 이 표식의 목적은 BSC가 메시지의 중간노드인지 최종 목적지인지를 가리킨다.

 

④ MAP 프로토콜
MSC와 VLR 또는 MSC와 HLR 사이에서는 MAP이 사용되기는 하지만 서로 다른 과정이 사용된다. GSM 표준안에서는 이러한 각각의 인터페이스들의 이름을 제공하지 않으므로 MAP으로 묶어서 표현한다. 아래 표에서는 MSC와 각 장비간의 프로토콜을 보여 주고 있다.