7.4GSM系统的控制与管理

§7-4GSM系统的控制与管理§7.4.1位置登记位置登记(或称注册)是通信网为了跟踪移动台的位置变化，而对其位置信息进行登记、删除和更新的过程。GSM系统的位置更新包括三个方面：第一、移动台的位置登记；第二、当移动台从一个位置区进入另一个位置区时，所进行的通常意义的位置更新；第三、在一定的时间内，网络与移动台无联系，移动台自动的、周期性的与网络联系，核对数据。①当新的移动用户在接受网络服务去开机登记时，它的登记信息通过空中接口送到网络的VLR中，并再次进行鉴权登记。同时HLR也要随时知道移动台的位置，它通过D接口向VLR索取该信息。当登记完成时，网络将对新移动用户的国际移动用户识别码(IMSI)的数据作“附着”标记，若用户关机，MSC/VLR将对该用户的IMSI的数据作“分离”标记，即去其“附着”。②当移动台处于开机空闲状态，MS将随时接收网络发来的当前小区的位置识别信息，并将它存储起来，若下一次接收的位置标志与原存储的位置标志不同，则表示移动台发生了位置移动，此时MS将发送位置更新请求信息，网络将更新（注册）到新的VLR区域，同时HLR也将随之更新，之后HLR将向旧的VLR发出”注销该用户有关数据”的消息。③若网络无法接受移动台的正确消息，而移动台正开机并可接收网络发来的消息，这是网络无法知道移动台的状态，为了解决此问题，系统采取了强制登记措施。如系统要求用户在一个特定时间内登记一次。这种位置登记过程就交周期位置更新。图7-23位置登记过程举例★为什么需要在新旧VLR中传递IMSI?答：对于每次位置更新或呼叫尝试时，MSC/VLR都将给MS分配一个新的TMSI;TMSI与IMSI之间有一定的算法转换关系；新VLR位置更新的确定首先要获取MS的IMSI,才能够分配新的TMSI.而IMSI的发送要尽可能不在空中接口上进行。因此需要在新旧VLR中传递IMSI。§7.4.2呼叫建立过程1．移动态被呼过程下面以固定电话上呼叫移动台（手机）为例，说明移动台的被呼过程。呼叫处理过程实上是一个复杂的接续过程，包括交换中心间一些命令的交换和操作处理、识别定位呼叫的用户、选择线路和建立信道的连接等。下面将详细地介绍这一处理过程。(1)固定网的用户拨打移动用户的电话号码。(2)固定电话网（程控交换网）交换机分析用户所拨打的移动用户的号码。固定电话交换中心接到用户的呼叫后，根据用户所拨打的移动用户的号码分析得出此用户是要接入移动用户网，这样就将接续转接到移动网的关口移动交换中心（GMSCGatewayMobileServicesSwitchingCenter）。(3)关口移动交换中心分析用户所拨打的移动用户的号码因为移动交换中心没有被呼用户的位置信息，而用户的位置信息只存放在用户MS“位置登记请求”“更新位置登记”询问“MS的IMSI”MSC（VLR）n（VLR）o“询问IMSI”响应查询“MS的有关参数”“查询有关参数”响应“位置信息注销”“更新位置登记”确认“位置登记请求”确认（LR）HLR登记的归属寄存器（HLR）和访问登记表（VLR）中,所以移动交换中心分析用户所拨打的移动用户的号码得到被呼用户所在的归属寄存器的地址，取得被呼用户的位置信息。所以得到被呼用户的所在地区，同时也得到与该用户建立话路的信息，这个过程称为归属寄存器查询。(4)关口移动交换中心找到当前为被呼移动用户服务的移动交换中心(5)由正在服务于被呼用户的移动交换中心得到呼叫的路由信息正在服务于被呼用户的移动交换中心是由其产生的一个移动台漫游号码（MSRN）给出呼叫路由信息的。这里由访问登记表分配的移动台漫游号码是一个临时移动用户的一个号码。该号码在接续完成后即可以释放给其它用户使用。(6)移动交换中心与被呼叫的用户所在基站连接，完成呼叫。关口移动交换中心接收包含移动台漫游号码的信息，并分析它，得到被叫的话路信息。最后将向正在为被呼用户服务的移动交换中心发送携带有移动台漫游号码的呼叫建立请求消息，正在为被呼用户服务的移动交换中心接到此消息，找到被叫用户。通过其所在基站完成呼叫。图7-24移动用户被呼的接续过程原语种类：请求request;指示indication;响应response;确认confirm2．移动态始呼过程GMSC固定用户拨号询问“路由信息”HLR“MSRN”“拨号信息”询问“路由信息”VLR询问“呼叫参数”“呼叫参数”“寻呼请求”“寻呼请求”VMSCBSMS“信道请求”“立即指配”指令“寻呼”响应“寻呼”响应“开始接入请求”“鉴权”“鉴权”确认“鉴权请求”“鉴权请求”“鉴权”响应“鉴权”响应“置密模式”“置密”指令“置密”指令“置密完成”“置密完成”“开始接入应答”请求“完成呼叫”“呼叫建立”“呼叫建立”“呼叫证实”“呼叫证实”“信道指配”信道“指配请求”“指配完成”“指配完成”回铃音回铃音“连接完成”“拨号应答”“连接”“连接”“连接”确认“连接”确认“MSRN”当一个移动用户要建立一个呼叫，只需拨被呼用户的号码，再按发送键，移动用户则开始启动程序。首先，移动用户通过随机接入信道（RACH）向系统发送接入请求消息。移动交换中心便分配给它一个专用信道，查看主呼用户的类别并标记此主叫用户示忙，若系统允许该主呼用户接入网络，则移动交换中心发证实接入请求消息。主叫用户发起呼叫，如果被呼叫用户是固定用户，则系统直接将被呼用户号码送入固定网（PSTN），固定网将号码连接至目的地。这种连接方式与固定电话的区别仅仅在于发送端的移动性，就是说移动台先接入移动交换中心，移动交换中心再与固定电话网相连，之后就和平时的电话接续没有什么差别了，由固定电话网接到被呼叫的用户端去。如果被呼号是同一网中的另一个移动台，则移动交换中心以类似从固定网发起呼叫的处理方式，进行归属寄存器的请求过程，转接被呼用户的移动交换机，一旦接通被呼用户的链路准备好，网络便向主呼用户发出呼叫建立证实，并给它分配专用业务信道(TCH)。主呼用户等候被呼用户响应证实信号，这时完成移动用户主呼的过程。也就是说，移动台呼叫移动台是移动台呼叫固定电话网用户以及固定电话网用户呼叫移动台的两者的结合。中间常常需要固定网（PSTN）做两者之间的信息交换。但由于移动台的移动性，就造成呼叫过程更复杂，要求也更高。其复杂之处在于移动台与移动交换中心之间的信息交换，包括基站与移动台之间的连接以及基站与移动交换中心之间的连接。图7-25移动用户主呼的接续过程§7.4.3越区切换与漫游越区(过区)切换(Handover或Handoff)是指将当前正在进行的移动台与基站之间的通信链路从当前基站转移到另一个基站的过程。切换的种类(1)同一个BSC控制区内不同小区之间的切换，也包括不同扇区之间的切换。(2)同一个MSC控制区内不同BSC之间的切换。(3)不同MSC控制区内的切换。MS“信道请求”“立即分配”指令“业务请求”BS“置密模式”指令“业务请求”“鉴权请求”“鉴权请求”“鉴权”响应“鉴权”响应MSC“置密模式”指令“置密模式完成”“置密模式完成”“TMSI”指令“TMSI”指令“TMSI”响应“TMSI”响应“建立呼叫请求”“建立呼叫请求”“呼叫开始”指令“呼叫开始”指令“信道指配”指令“信道指配”指令“信道指配完成”“信道指配完成”“回铃音”“回铃音”“连接”指令“连接”指令“连接”确认“连接”确认“开始接入请求”应答VLR“鉴权”“鉴权”确认“置密模式”“开始接入请求”应答分配新的“TMSI”对分配新的“TMSI”的应答要求“传送建立呼叫所需信息”“传送建立呼叫所需信息”与固定用户接续图7-26同一MSC的不同BSC间的切换流程★小区内切换发生原因：强信号质量差§7.4.4鉴权与加密由于空中接口极易受到侵犯，GSM系统为了保证通信安全，采取了特别的鉴权与加密措施。鉴权（A3）是为了确认移动台的合法性，而加密(A8和A5)是了为防止第三者窃听。鉴权中心(AUC)为鉴权与加密提供了三参数组(RAND#,SRES和Kc)，在用户入网签约时，用户鉴权键Ki连同IMSI一起分配给用户，这样每一个用户均有惟一的Ki和IMSI，它们存储于AUC数据库和SIM卡中。根据HLR的请求，AUC按下列步骤产生一个三参数组，参见图7-27。图7-27AUC产生三参数组a)对用户接入网的鉴权鉴权原理：验证网络端和用户端的鉴权键ki是否一样。鉴权过程：由ki和RAND一起，经鉴权算法A3，生成符号响应SRES(signedresponse)。空中传送的就是SRES，鉴权的实现是在VLR中。IMSI1KiIMSI2Ki数据库IMSI和鉴权RAND产生随机数加密算法A8鉴权算法A3结果结果KcSRESRANDKcSRESRANDIMSI：国际移动用户识别Kc：密钥Ki：用户鉴权键SRES：符号响应RAND：随机数将三参数组传送给HLR三参数组BSC2切换指令切换证实MSC切换请求切换命令BSC1测试报告切换命令切换完成切换完成清除命令清除完成MS图7-28鉴权程序b)加密加密过程：在MS侧，首先由ki和RAND一起，经鉴权算法A8，产生密钥kc；然后将kc与TDMA的帧号以及待传送信息一起送入A5算法，出来的就是加密后的数据。AUC存储HLR中所有用户的鉴权键KiHLRMSC/VLRMS存储有关的用户信息对所有用户产生三参数组RAND/Kc/SRES临时存储所有用户的三参数组(每用户1至10个三参数组)依请求发给VLR存储所有访问用户的三参数组RAND/Kc/SRES（每用户1至7个三参数组）接入请求RAND算法A3RANDKiSRESSRESAUCSRESMS=否不能接入是接入？RAND/Kc/SRES图7-29加密程序c)设备鉴别每一个移动台设备均有一个唯一的（国际）移动台设备识别码(IMEI)。在EIR中存储了所有移动台的设备识别码，每一个移动台只存储本身的IMEI。设备识别的目的是确保系统中使用的设备不是盗用的或非法的设备。为此，EIR中使用三种设备清单：白名单：合法的移动设备识别号；黑名单：禁止使用的移动设备识别号；灰名单：由运营者决定，例如有故障的或未经型号认证的移动设备识别号。AUC存储HLR中所有用户的鉴权键KiHLRMSC/VLRBTS存储所有与网络有关的用户信息对所有用户产生三参数组RAND/Kc/SRES临时存储所有用户的三参数组(每用户1～10个）并依请求发给VLR存储所有访问用户的三参数组(每用户1～7个)RAND/Kc/SRES临时存储Kc用于与MS通话中的加密鉴权程序启动加密加密模式命令MMSRANDRANDA8(Kc)KcA5(加密)TDMA帐号加密消息“加密模式完成”A5TDMA帧号Kc解密消息“加密模式完成”成功否是加密模式完成图7-30设备识别程序d)移动用户的安全保密一、用户识别码(IMSI)为了防止非法监听进而盗用IMSI，在无线链路上需要传送IMSI时，均用临时移动用户识别码(TMSI)代替IMSI。仅在位置更新失败或MS得不到TMSI时，才使用IMSI。MS每次向系统请求一种程序，如位置更新、呼叫尝试等，MSC/VLR将给MS分配一个新的TMSI。图7-31位置更新产生新的TMSI二、用户的个人身份号(PIN)在GSM系统中，客户签约等信息均被记录在一个客户识别模块(SIM)中，通话的计费帐单也记录在SIM下。为防止帐单上产生讹误计费，保证入局呼叫被正确传送，在SIM卡存储所有用户的移动设备识别码存储所有被列入灰/黑名单的设备EIRMSC/VLRIMEI请求MS存储本设备识别IMEI呼叫建立发送IMEI检查IMEI接入/禁止信息继续/停止呼叫建立程序HLR存储路径所有归属PLMN的用户数据MSC/VLR存储路径所有访问用户的数据BSC/BTS存储与无线路径有关的数据MS存储所有与网络有关的用户信息更新更新位置区请求位置更新请求鉴权产生新的TMSIVLR存储新TMSI新TMSI启动加密位置区更新位置区更新新TMSI存储新TMSI位置区更新证实VLR删除旧TMSI位置区更新完成IMSI在无线路径上使用保密