（计算机应用技术专业论文）gsm网中一卡两号系统的设计与实现.pdf

北京交通大学硕士研究生毕业论文 y5 8 c z 0 4 摘要 随着内地和香港之间经贸往来越来越密切，许多移动通信用户需要经常 往返于两地之间。为了解决跨境移动通信的呼叫和短消息互通问题，免除用 户携带多部手机的麻烦，和节省话费，需要建立一卡两号自动呼转和短信互 通系统。一卡两号是指将境外和境内 移动电话号码制作在同一张 s i m卡内， 用户往返两地时可以自由切换为当地号码，而不再产生漫游费用。同时，一 卡两号系统通过掌握移动用户当前位置和当前使用的电话号码，实现自 动呼 转和短消息互通，使用户无论使用哪一个号码都能接收到对另一个号码产生 的呼叫和短消息。 一卡两号系统需要建立实时性强的智能数据库，并对系统的可靠性和性 能有很高的要求。本文以 我校和香港润迅集团公司合作开发的一卡两号业务 系统为背景，深入研究和探讨了跨境移动通信呼叫和短消息互通的关键技术， 阐述了 g s m网络中一卡两号系统的设计思想和实现方法。论文的主要工作可 以归结为以下几个方面: 1 ) 深入的研究和分析了g s m 移动通信网络结构和七号信令系统; 3 ) 对一卡两号系统进行需求分析和总体设计; 3 ) 对一卡两号系统进行了详细设计和实现，总结了一种通用的g s m网元 实 现模型，并应用该模型实现对一卡两号系统中的 虚拟 v l r设计。该 模型可 以 应用到类似的具有实时智能数据库特征的其他网 元实现中: 4 ) 对a s v . 1 以及其编码规则进行了研究，并总结出通用a s n . 1 编解码模 块的设计和实现方法，以 便在其他系统中可以代码复用; 5 )为保证系统的实时性和可靠性，设计了实时双数据库模式，并对其中 内存数据库的数据组织、索引方法做了研究， 对数据一致性做了设计和实现。 6 ) 对于虚拟v l r 的其他关键技术如m .a p 协议版本的兼容性处理、 有限状 态机、定时器等提出了高效的实现方法。 本论文的工作成果目前已经应用到香港润迅和上海移动共同推出的一卡 两号业务中，取得了良好的运行结果，在给运营商带来收益的同时，也为一 卡两号用户提供了优质服务。 本论文的工作对于其他g s m 网元的设计和实现， 对于a s n . 1 其他编解码规则的设计和实现都有借鉴意义。 关键词: 一卡两号，g s m ，七号信令系统，a s n . 1 ，实时双数据库，m a p 徽捧汾 、 卜 叔 妙谈 学 贺一 丫 一 _ 允 北京交通大学硕士研究生毕业论文 ab s t r a c t w i t h t h e i n c r e a s e d b u s i n e s s e x c h a n g e b e t w e e n c h i n a m a i n l a n d a n d h o n g k o n g , m a n y m o b i l e u s e r s n e e d t o t r a v e l f r e q u e n t l y b e t w e e n t h o s e p l a c e s . i n o r d e r t o a v o i d t h e i n c o n v e n i e n c e o f b r i n g i n g m a n y m o b i l e p h o n e s d u r i n g t r a v e l i n g , a n d t o s a v e t h e e x p e n s i v e c a l l f e e , i t i s n e c e s s a r y t o b u i l d a d u a l - s i m a u t o m a t i o n c a l l f o r w a r d a n d s m s i n t e r c o n n e c t i o n s y s t e m f o r m o b i l e u s e r s . d u a l - s i m m e a n s t h a t t w o p h o n e n u m b e r s f r o m d i f f e r e n t t e l e c o m m u n i c a t i o n o p e r a t o r s c a n b e i n t e g r a t e d i n t o o n e s i m c a r d . m o b i l e u s e r s c a n c h a n g e t o l o c a l a r e a n u m b e r f r e e l y w h e n u s i n g t h i s k i n d o f c a r d . d u a l - s i m s y s t e m c a n a c c u r a t e l y o b t a i n a m o b i l e u s e r s c u r r e n t l o c a t i o n a n d h i s c u r r e n t n u m b e r . s o s y s t e m i s c a p a b l e o f f o r w a r d i n g c a l l s o r s m s s f r o m a n o t h e r p h o n e n u m b e r t o t h e c u r r e n t n u m b e r d u a l - s i m s y s t e m i s a r e a l - t i m e s e r v i c e w i t h s t r i n g e n t q o s p r o p e r t i e s i n t e r m s o f a v a i l a b i l i t y a n d p e r f o r m a n c e . t h i s p a p e r d i s c u s s e s t h e s e k e y i s s u e s o n t h e b a s i s o f a p r o j e c t j o i n t l y d e v e l o p e d b y o u r u n i v e r s i t y a n d c h i n a m o t i o n c o . l t d . t h i s p r o j e c t h a s b e e n r u n n i n g u n t i l n o w a n d h a s b e e n u s e d f o r t h e d u a l - s i m s e r v i c e t h a t w a s p r o v i d e d b y c h i n a m o t i o n a n d s m c c t o g e t h e r . m y c o n t r i b u t i o n a r e l i s t e d a s f o l l o w s : 1 ) i n - d e p t h s t u d y i n g a n d u n d e r s t a n d i n g t h e g s m a n d s s 7 ; 2 ) a n a l y z e d t h e r e q u i r e m e n t s o f t h e s y s t e m a n d d e s i g n e d t h e s y s t e m w h o l e l y ; 3 ) d e s i g n e d t h e s y s t e m i n t h e d e t a i l , a n d s u m m a r i e d a k i n d o f c o m m o n i m p l e m e n t a t i o n m o d u l e o f g s m c o m p o n e n t , t h e n a p p l i e d t h i s m o d u l e t o t h e d e t a i l d e s i g n o f v i t u a l v l r o f t h e s y s t e m . t h i s m o d u l e c a n b e p o p u l a r i z e d t o o t h e r g s m c o m p o n e n t t h a t h a s t h e f e a t u r e o f i n t e l l i g e n t r e a l t i m e d a t a b a s e . 4 ) s t u d i e d t h e a s n . 1 a n d i t s e n c o d i n g r u l e , a n d s u m m a r i e d t h e d e s i g n a n d i m p l e m e n t a t i o n m e n t h o d o f c o m m o n a s n . 1 e n c o d i n g / d e c o d i n g m o d u l e t h a t c a n b e u s e d i n o t h e r s y s t e m s . 5 ) d e s i g n e d t h e r e a l d u a l d a t a b a s e p a t t e r n f o r i m p o v i n g t h e r e a l t i m e a n d r e l i a b i l i t y o f t h e s y s t e m , a n d s t u d i e d t h e d a t a o r g a n i z a t i o n / i n d e x m e t h o d o f m e m o r y d a t a b a s e , t h e n d e s i g n a n d i m p l e m e n t t h e d a t a c o n s i s t e n c y . 北京交通大学硕士研究生毕业论文 6 ) s u m m a r i e d t h e i m p l e m e n t a t i o n m e t h o d o f t h e o t h e r k e y t e c h n o l o g i e s o f v i r t u a l v l r s u c h a s c o m p a t i b l e p r o c e s s o f m a p p r o t o c o l v e r s i o n , f s m , t i m e r . d u a l - s i m s y s t e m b r i n g s t h e v a l u e f o r t h e c h i n a m o t i o n a n d t h e g o o d s e r v i c e f o r t h e u s e r . a l s o , t h e w o r k o f t h e e s s a y c a n p r o v i d e r e f e r e n c e s i g n i f i c a t i o n t o t h e d e s i g n a n d i m p l e m e n t a t i o n o f o t h e r g s m c o 叩o n e n t a n d o t h e r a s n . 1 e n c o d i n g / d e c o d i n g r u l e s . k e y w o r d s : d u a l - s i m , g s m , s s 7 , a s n . 1 , r e a l - t i m e d u a l d a t a b a s e , m a p 北京交通大 学硕士研究生毕业论文 第一章 绪论 1 . 1论文的背景和意义 ; 1 . 1 . 1课 题的背景、来源和进展情况 本课题是结合我校和香港润迅集团公司合作的项目“ 一卡两号”自 动呼 转和短信互通系统开展的。该项目子2 0 0 2 年1 2 月正式启动，2 0 0 3 年9 月完 成，目前己经正式运行，成为香港润迅盈利的一个重要来源。 随着改革开放的发展，大陆内地特别是上海、广东等大城市与作为亚洲 金融中心的香港之间的经济、贸易、学术等往来越来越紧密。在这种良 好环 境下，许多人需要经常往返于内地和香港两地之间。这些人同时也是大陆和 香港移动运营商的重要用户群体和经济收入来源。在 “ 一卡两号” 业务末推 出 之前， 他们常携带两张 s i m卡，一张是大陆某移动运营商的，一张是香港 某移动运营商的， 从香港过关到大陆或从大陆过关到香港后，他们需要更换 手机里的 s 工 m卡。这样不仅非常繁琐，而且用户如果忘记换卡而接听电话， 他会支付昂贵的国际漫游话费。假设用户现在在香港，使用的是香港的 s i m 卡，他就无法接收发送到大陆s 工 m卡的短信或对大陆s i m卡的呼叫;呼叫该 用户的人也因为不知道该用户目 前使用哪张 s i m卡而带来了不少麻烦。这给 用户带来不便甚至是经济损失。因此，针对这些用户的需求，香港和内 地的 移动运营商进行合作， 推出“ 一卡两号”业务。 “ 一卡两号” 的基本含义是指在一张智能卡 ( s i m 卡) 上集成了两个国际 移动用户识别码t m s i ， 一个是内 地某移动运营商的i m s i 和香港某移动运营商 的i m s i . 使用这种s i m 卡， 用户就拥有了两个移动电话号码， 一个是内 地i m s i 所对应的电 话号码， 一个 是香港工 m s 工 所对应的电 话号码。 同时， 利用s t k ( s i m t o o l k 工 t ) 在用户手机界面上提供了 操作菜单，菜单上有这样两项: “ 切换到 大陆号码” 、 “ 切换到香港号码” 。使用这样s i m 卡后， 只需要在友好界面提示 下，在大陆使用大陆号码，在香港使用香港号码，免除了传统的携带两张智 能卡和换卡的麻烦， 而且重要的是，该系统的启动， 使移动用户无论是在内 地还是在香港都能接收到别人向其任意一个电话号码发起的呼叫或短信。 建设 “ 一卡两号”自 动呼转和短信互通系统的目的是为了实现中港跨境 移动通信的呼叫和短信互通服务。要实现这个系统的关键问题是如何准确掌 握移动用户当 前位置和当前使用的电话号码。这样才有可能将呼叫 或短信转 接到当 前使用的电 话号码上。香港润迅是香港的一家电 信虚拟运营商。目 前 拥有自己的移动网号 ( m n c )和移动电话号码段 ( m s 工 s d n ) ,还拥有自己的归 北 京交通大学硕士研究生毕业论文 属位置寄 存器h l r 、 关g a 移动交换机g m s c , 短消息中 心s m s c 、 业务控制点s c p 以及智能网工 n 环境，但是它没有频率资源，也就没有基站系统。它需要依赖 于基础网络运营商 ( m o b i l e n e t w o r k o p e r a t o r，m n o ) c s l的移动网络和频 率资源为用户提供移动业务。由于香港润迅的虚拟运营商身份，它没有自己 的拜访位置寄存器v l r . 虽然它的h l r 中记录了移动用户目前所在的v l r 位置， 但是单单这一信息是无法推断出用户当前使用的电话号码。因此，需要设计 新的 g s m网络网元即一卡两号自 动呼转和短信互通系统，以解决掌握移动用 户当前位置和当前使用的电话号码这个关键问题。 该系统建成后，9 月份香港润迅和上海移动合作正式推出一卡两号业务。 现在，客户可以 在香港润迅的连锁营业网点或分销_a 处申 请该业务，只需要 交纳 1 1 8元港币的基本月使用费，即可以在保留原有的全球通号码的同时再 拥有一个香港本地号码，并免费获赠 1 0 0分钟的通话时间。可以说，对经常 往返于沪深两地的移动用户来说即实惠又方便。 夸 1 . 1 . 2课题的研究内容和意义 本课题以实现一卡两号自 动呼转和短信互通系统为目的，通过深入研究 和分析七号信令系统和g s m网络，完成一卡两号系统的需求分析和总体设计， 总结了一种通用的 g s m网络网元的实现模型，详细讨论了 其中的关键技术， 着重研究了a s n . 1 编码解码和实时双数据库，最后实现了 一卡两号系统并对 其进行测试以及评价，解决了跨境( 如内地和香港) 移动通信中呼叫和短信互 通问题。 本课题的完成具有以下意义: ( 1 )通用的g s m 网络网元实现模型的提出，将给g s m 网络中实现其他具 有实时智能数据库的网元具有参考意义。 ( 2 )本课题对a s n . 1 编码解码的研究，并总结出通用的a s n . 1 编解码模 块的设计和实现方法，可以 用于其他系统中，设计方法对其他编码方式的实 现具有参考意义。 ( 3 ) 本课题对实时双数据库的研究， 探索了 提高系统实时性，满足系统 可靠、海量等需求的系统模式结构。 ( 4 ) 一卡两号自 动呼转和短信互通系统的实际运行，一方面方便了经常 往返两地的移动用户，可以节省花费，得到优质服务:另一方面移动运营商 可以 利用该系统开展增值应用，增加营业收入。 特别是随着内地前往香港的限制松动，象北京、广东地区居民只需要凭 借身份证就可以前去香港旅游办公。目 前广东每天开放个人身份证办理赴港 手续的名额估计为 2万人左右，按一半人在香港有打电话需求计算，一卡两 号业务每天的新增流量就是一个不容忽视的数字。所以， 一卡两号业务具有 广阔的市场前景。 北京交通大学硕士研究生毕业论文 互 1 . 2论文的组织和主要工作 妇. 2 . 1论文的组织 本论文共分为十章。 第一章为绪论。 第二章为七号信令系统和 g s m网络概述。 第三章为一卡两号系统的需求分析和总体设计。 第四章为一卡两号系统的具体设计。 第五章为基于通用 g s m网元实现模型的虚拟 v l r 设计。 第六章为a s n . 1 编解码的研究和实现。 第七章为为实时双数据库模式的设计和实现口 第八章为其他关键技术的实现。 第九章为系统的测试和评价。 第十章为结束语。 ; 1 . 2 . 2论文的主要工作 论文要完成的工作主要是: ( 1 ) 深入研究和分析七号信令系统和g s m 移动 通信网络。这实际上是一卡两号系统运行的环境和条件。( 2 )对一卡两号系 统进行需求分析和总体设计，主要是位置管理、呼叫管理和短消息管理三个 方面的设计。( 3 ) 对一卡两号系统进行详细设计，分析各个组成部分的功能 和结构。( 4 )总结出一种通用的 g s m网元实现模型，并应用该模型对一卡两 号系统中的虚拟 v l r进行了详细设计。该模型可以应用到类似的具有实时智 能数据库特征的其他网元实现中;( 5 ) 对 a s n . 1 以及其编码规则进行了研究， 并总结出通用 a s n . 1编解码模块的设计和实现方法，以便在其他系统中可以 代码复用;( 6 )设计出实时双数据库模式，以提高系统实时性和可靠性，并 对其中内存数据库的数据组织、索引方法进行研究和实现，并对数据一致性 进行设计和实现。还对 m a p协议版本的兼容性处理、有限状态机、定时器等 实现虚拟v l r 时的关键问 题总结出高效的实现方法。 1 . 3本章小结 本章为绪论。 主要介绍论文课题的背景、 来源和进展情况， 课题的研究内 容和意义，然后介绍了论文的组织和主要工作。 北京交通大学硕士研究生毕业论文 第二章 七号信令系统和 g s m 网络概述 2 . 1七号信令系统概述 互 2 . 1 . 1七号信令简介 传统的信令系统是将某条中继话路接续控制的信令就在这条话路上传 送。这类信令称之为随路信令。它的技术实现简单，可以满足普通电话接续 的需要，但是信令效率低，不能适应电信新业务的需要。8 0年代开始推广使 用的一类新信令系统采用与语音通路分离的专业信令链路来传送信令， 在这 条信令链路上可以传送大量话路的信令。这类信令称之为共路信令。n o . 7公 共信道信令即c c 工 t t n o . 7 信令， 简称七号信令， 是目 前应用最为广泛的国际 标准化信令系统。它速度快、容量大，是综合数字业务网的最佳信令方式， 也是移动通信网中不可缺少的信令方式。一卡两号自动呼转和短信互通系统 是由于开展一卡两号业务而在移动通信网中新建立的一个网络元素 ( 网元) ， 它利用现有的七号信令，实现和其他网 元进行通信。所以，深入的分析和理 解七号信令系统的特征和协议结构，是实现一卡两号系统的出发点。 互 2 1 . 2七号信令系统的特征 七号信令系统做为电信领域应用最广泛的信令系统有如下特征: 1 )信令传输速度快，不必象随路信令那样逐位发送。 2 ) 通用性强，包括任选内 容，根据不同的要求选择不同的功能。 3 )采用分层通信协议，信令系统效率高，信息容量大，可以适应未来电 信新业务发展的需要。 4 ) 使用于6 4 k b p s 信道的程序控制数字交换的 通信网。 5 ) 适于现代网 络的要求，可提供大量的信令信息种类用于呼叫控制、网 络维护和管理、网络的智能化。 6 )具有检错和纠错能力，提高高可靠的信令信息的传输。 虽 2 . 1 . 3七号信令系统的协议结构 ( 1 )协议结构 七号信令系统是采用分层的模块化的通信协议，它的协议结构可以分为 以 下功能 模块: 1 )消息传递部分m t p _- 一 晾交 通 大 学 硕 士 研 究 生 毕 业 论 文 2 )电话用户部分t u p 3 ) i s d n 用户部分 i s u p 4 )信令连接控制部分 s c c p 5 )事务处理能力部分t c a p 6 应用实体a e 7 )应用业务单元a s e s s 7 协议结 构以 及与o s 工 的对应关系如图2 . 1 所示。 由图可以看出， s c c p 和m t p 3 结合起来相当于o s 工 的网络层。 5 没 子 协议懊鹉 欺 pi i a s e 1 5 g t叮刊p ! p 第 二蚁 k r第级 灯p 第一级 图2 . 1 s s 7 和o s i 对应模型 ( 2 )消息传递部分m t p 消息传递部分m t p 分为三个功能级即信令数据链路级 m t p 2 、信令网 络级m t p 3 。 每一级的具体功能如下: 1 )信令数据链路级m t p 1 信令数据链路级的功能是规定了信令数据链路的物理、 并确定了数据链路的连接方法，它是信令传递的物理介质。 2 )信令链路级 m t p 2 m t p l 、信令链路级 电气及功能特性， 信令链路级的功能是规定了在一条链路上的消息传递， 有关的功能和程序。 传递提供信令链路。 以及与消息传递 m t p 1 和m t p 2 一起共同为在两个信令点之间的消息的 可靠 信令链路功能包括:信号单元分界、信号单元定位、差 错检测、差错校正、初始定位、信令链路差错率见识和流量控制等。 3 )信令网络级 m t p 3 信令网络级的功能是规定了 在信令点之间传递消息的功能和程序。 信令 网功能包括信令消息处理功能和信令网管理功能。信令消息处理功能包括消 息鉴别、消息分配和消息路由选择三部分;信令网管理功能包括信令业务管 理、信令链路管理和信令路由管理三部分。 北京交通大学硕士研究生毕业论文 ( 3 )信令连接控制部分 s c c p 信令连接控制部分s c c p 位于消忽 传递部分m t p 之上， 为m t p 提供附加功 能以弥补m t p 在网络级功能的不足。 利用s c c p 的功能可以通过七号信令网在 电信网中的交换局与交换局、交换局与专用的中心之间传递电路相关和非相 关的 信令信息和其他类型的信息，建立无 连接和面向 连接的网 络业务。 s c c p的主要功能 有: 1 ) 附加的寻址功能 2 ) 地址翻译功能 3 ) 提供不同的业务 s c c p 提供的业务有: 1 )无连接型业务:基本无连接类业务和有序无连接类业务。 2 ) 面向 连接型业务: 基本面向 连接类业务和流量控制面向 连接类业务。 ( 4 )事务处理能力部分t c a p t c a p为各种应用层和网络层业务之间 提供接f- t 公用协议，为大量分散在 电 信网中的交换机和网络服务中心之间的各种业务处理提供所需的信息转移 控制功能 和协议，与电 路交换的连接控制并无直接关系。 t c a p目前主要是基于无连接的s c c p 业务，当s c c p 用于无连接业务时， t c a p 控制信令的 连接。 ( 5 )移动应用部分m a p m a p 是(c a p 的用户，它负责产生面向 移动应用的 消息。 移动网中各功能 实体在配备有m a p 时，都需要与t c a p , s c c p 相互作用。即对t c a p 和s c c p 都 有一定的要求，并得到它们的支持。 1 ) m a p 与s c c p 的关系 移动应用部分m a p 采用s c c p 所提供的业务。 下文介绍的g s m 移动通信网 中的各功能实体如m s c , h l r , v l r , e i r 都是做为s c c p 的 用户部分，分别以 子系统号码 s s n加以区别。在 g s m中，同一公众陆地移动网 ( p u b l i c l a n d m o b i l e n e t w o r k , p l a y )中 或不同p l m n 之间的上述两个功能实体之间的通信 都需要通过m a p 实现， 而完成这个功能仍需要t c a p 和s c c p ， 即m a p 的消息内 容是放在s c c p 的u d t 或l o t s 信息中传送的。 目前， m a p 仅使用s c c p 的无连接业务， 即t c a p 消息的每一个成分都与一 个m a p 操作有关。 移动网中的各功能实体m s c . v l r . h l r . a c 等都是作为s c c p 和t c a p 的m a p 用户部分， 分别以 子系统号加以 区分。 功能实体h l r :子系统号s s n 6 ; v l r : 7 ; m s c : 8 2 ) ,m a p 与t c a p 的关系 m a p 使用t c a p 提供的 服务。 a a p 消息是包含在t c a p 的数据单元中传送的。 ( 6 ) 信令单元格式 七号信令系统中的 信令单元采用可变长的信令单元， 它有三种单元格式， 即消息信令单元m s u ,链路状态信令单元l s s u 和填充单元f i s u 。三种信令单 北京交通大 学硕士研究生毕业论文 元的格式如下图2 ， 2 所示。 轰峨 充偷号 单元 p t s u m - 0 j tn p x i 6之形1 7 178 l 2 1 l 1 洲 f宁tb h铸 路 *态 钻息攀 元 l s s u ( l f - 1 . 2 ? 犷 轰 获 粗s f +1 1 6 8 n 4 n ) ? :61了1 7 ft 立州 洲。习 t , ;4p号 革元 比u几j ? 2 ) 图22 三种 信令单 元格式 每个信令单元都包含有开始标志f 、 后向 序号b s s ,后向 表示 语b 工 b ,前 向 序号f s n 、前向表示语f i b 、长度表示语l i 、校验位c k 和结束标志f ,这 些字段用于消息传递的 控制。 标志码由八位二进制数表示， 码型为0 1 1 1 1 1 1 0 长度表示语由 六位二进制数表示，范围位为0 .6 3 ，根据长度表示语的取值， 可区分三种不同形式的信号单元。 1 . 1 = 0 为填充单元 l i = 1 或2 为链路状态单 元， l d2 为消息 信令单元， 当消息信令单元中的信息字段5 工 f 大于6 2 个八位 位组时，l 工 取值为 6 3 . 2 . 1 . 4七号信令网 七号信令网不仅可以传送电话网、电路交换的数据网和综合业务数字网 i s d n等网络中与呼叫建立和释放有关的信令，而且可以 传送这些网 络中 各个 交换局和各种业务中心 ( 如网管中心、记费中心、操作维护中心、 业务控制 北京交通大学硕士研究生毕业论文 点等)之间的数据信息。 七号信令网由交换和处理节点以及连接这些节点的传输链路组成。即由 信令点s p 、信令转接点s t p 和连接它们之间的信令链路组成。 信令点 ( s i n g a l l i n g p o i n t , s p ) 是信令网中的交换和处理节点，如各 类交换局、网络数据库、操作维护中心等。 信令转接点 ( s i n g a l l i n g t r a n s f e r p o i n t , s t p ) 完成信令消息的转接， 即将一条信令链路上收到的消息转发到另一条信令链路上的信令点，既不是 源信令点也不是目的信令点。 互 2 . 1 . 5国内和香港的信令点编码 七号信令网是一个独立的网，它由许多信令点、信令转接点以及连接它 们的信令数据链路组成。 在这个网中为了识别每一个信令点必须给每一个信 令点赋予唯一可识别的地址，在七号信令网中称为信令点编码。由于七号信 令能支持多种业务和应用，其信令点并不紧紧是电话交换局，因此其编码计 划必须是独立的，不从属于任何一种业务的编号计划。 根据 i t u - t的建议，国际七号信令网和国内的七号信令网是完全分开的 两个网。在国际信令网中为了识别信令点，采用 1 4 位的二进制编码。香港地 区的七号信令也采用的是 1 4 位的二进制编码。而我国国内七号信令采用的是 2 4 位的二进制编码。 1 )国际信令点编码格式 这也是香港地区信令点编码格式。一个国际信令点的编码由三部分组成， 即 3 -8 -3格式，用三个比 特来区分世界地理区，用八个比特来区分某一特 定区域的地理区域网，另三个比特来区分某一地理区域中的信令点。其格式 如下图 2 . 3 所示。 做 界 地 彼 区 坡一特定区的 地 理 x 斌 附 世 界地 理区垃 网 中 的 信 今 点 召先 发 送 的 比特 图2 . 3国际信令点编码格式 2 )国内信令点编码格式 我国国内的信令点编码是 8 -8 -8格式，即第三个八比特用来识别主信 令区，第二个八比特用来识别分信令区，第一个1 1 比特用来识别分信令区内 的信令点，这是与我国信令网的三级结构相对应的。其格式如下图2 . 4 所示。 北京交通人学硕士研究生毕业论文 k . 俏 o 1 x 泊i分 f n令 拼拍 阅 l a令 点 棍 妈 占宪 发 送 的 比 勿 图2 . 4国内信令点编码格式 ; 2 . 2 g s m 移动通信系统概述 2 . 2 . 1 g s m 简介 ( 1 ) g s m发展历史 欧洲数字蜂窝系统的发展开始于1 9 8 2 年。 这一年欧洲邮电主管部门设立 了移动通信特别小组，开始了泛欧数字蜂窝通信系统的制式标准研究。1 9 8 8 年提出了主 要建议和投标方案。 其建议的系统必须达到如下标准:1 )良 好的 通话质量;2 )终端和服务的费用低;3 )支持国际漫游;4 )支持手持终端; 5 )支持大范围的新业务和新设备;6 )高效率;7 )与工 s d n 兼容。进入9 0 年 代以来，各国厂家陆续制造 g s m系统，工 9 9 2 年开始投入商用。现在 g s m 移动 通信系统已经成为世界上覆盖面最广、用户数最多的第二代数字移动通信系 统。 ( 2 ) g s m 特点 g s m 系统的主要特点包括: 1 )频谱效率:由于采用高效调制器、信道编码、交织、均衡和话音编码 技术等，使系统具有较高的频谱效率。 2 )容量: g s m 系统的容量效率即每兆赫每小区的信道数高。 3 )话音质量:在门限值以上时，话音质量总是达到相同的水平而与无线 传输质量无关。 4 )开放接口:g s m提供的开放性接口 不仅包括空中接口，而且包括网络 之间以及各设备实体之间。 5 )安全性:通过鉴权、加密和t m s i 号码的使用达到安全的目的。 6 )与i s d n , p s t n 等网络互联。 7 )在s i m 卡基础上实现漫游。 ( 3 ) g s m 提供的业务 g s m 系统提供的业务分三类:电信业务、 承载业务和附加业务。 下面分别 介绍。 1 )电信业务 电信业务是 g s m系统的主要业务，其内容包括电话、紧急呼叫、短消息 北京交通大学硕上 研究生毕业论文 等业务。 2 ) 承载业务 g s m 系统承载业务和工 s d n 定义的一样。 3 )附加业务 g s m 系统提供的附加业务可以向用户提供许多高级服务功能， 从而为用户 带来方便。 圣 2 . 2 . 2 g s m 结构 ( 1 ) g s m 系统的总体结构 g s m系统的总体结构如下图2 . 5 所示。 其中m s 为移动台。 基站子系统 b s s 包括多个基站收发信台b t s 和一个基站控制器b s c 。 网络和交换子系统n s s 包 括一个或多个 m s c以及与之相连的 v l r , h l r , a u c和 e i r 。而操作维护中心 o m c 负责系统的运行管理和维护。 无线接 口 基站子系统 图2 . 5 g s m 系统的总体结构 ( 2 ) s i m 卡和移动台 用户识别模块s i m 卡是一种带微处理器的封装自 塑料片上的i c 卡，是移 动台的重要组成部分。 移动台时移动通信系统中直接由 用户使用的设备。移动台的主要功能主 要是:1 )通过无线接入进入通信网络，完成各种控制和处理，以提供主叫或 被叫通信。2 )具备与使用者之间的人机接口。3 )用户的注册和管理。 g s m 系统中通过对s i m 卡的物理接口、 逻辑接口的定义完成与移动终端的 北京交通大学硕士研究生毕业论文 连接和信息交换，同时在 s i m卡内部进行用户信息存储、执行鉴权算法和产 生加密密钥等工作。 s i m 卡的主 要功能除了用户p i n 操作和管理、 用户身份鉴权外， 还能存储 用户相关数据和进行预处理和个性化。在 s i m卡预个性化阶段，存储如国际 移动识别号码 i m s i 等数据库，在s i m 卡个性化阶段，存储用户相关信息和个 性化数据等。 ( 3 ) 基站子系统 基站子系统分为两部分，一是通过无线接口与移动台的一侧相连接的基 站收发信台b t s 和另一侧与交换机相连接的基站控制器b s c . b t s 负责无线传输。b t s 包括无线收发信机和天线，此外还有与无线接口 相关的信令处理器。b s c 负责控制和管理。 ( 4 )网络和交换子系统 网络和交换子系统包括移动交换中心 m s c和存储用户数据和移动管理信 息的数据库。网络和交换子系统负责管理 g s m系统内部的用户之间以 及它和 其他电信网之间的通信。具体而言，它由 如下几个功能实体组成: 1 ) 移动业务交换中 心 m s c . m s c是一个程控交换机， 除了 完成交换功能 外，还负责分配无线资源、用户移动性管理、位置登记和信道切换程序。 2 )归属位置寄存器 h l r . h l r是负责移动用户管理的数据库，存储所有 它管辖用户的签约数据和m s 的位置信息。一个移动通信网中允许有一个或多 个 h l r . 3 )拜访位置寄存器 v l r . v l r是一个动态的数据库，负责它所管辖的区 域内出现的移动用户的数据，包含处理用户建立、接受寻呼所需要的信息。 4 )设备识别寄存器 e i r . e i r是一个数据库，负责管理移动台的设备识 别。 5 ) 鉴权中 心 a u c . a u c是认证移动用户的身份 和产生相应鉴权参数的功 能单元。 2 . 2 . 3 g s m 的信令接口和协议 ( i ) g s m 的信令接口 定义 g s m 系统的主要信令接口图如下图2 . 6 所示。 _一北 京 交 通 大 学 硕 士 研 究 生 毕 业 论 文 m s一 图2 . 6 g s m 的 信令接口 1 ) u m 接口 空中 无线接口，是移动台和基站之间的接口 2 ) a - b i s 接口 基站收发信机b t s 和基站控制器b s c 之间的接口。 3 ) a 接口 基站控制器和移动交换中心之间的信令接口。该信令接口采用七号信令 作为消息传送协议。包括物理层 ( 信令数据链路 m t p - 1 ) 、链路层 ( 信令链路 !a t p - 2 ) 、网络层 ( m t p - 3 + s c c p )和应用层，在信令连接控制部分s c c p 采用面 向连接传送功能( 服务类别2 ) 。 应用层包括b s s 操作维护应用部分( b s s o m a p ) . 直接传送应用部分( d t a p ) 和b s s 管理应用部分 ( b s s n a p) 。b s s o m a p 用于和 n s c 和网 络维护中心o m c 之间 交换维护管理消息。 d t a p 用于透明的传送m s 与 m s c 之间的消息。b s s n a p 主要用于传送无线资源管理消息，对b s s 资源的使 用、调配和负荷进行控制和监视，以保证呼叫的正常建立和进行。 4 ) b 接口 m s c 和v l r 之间的接口。 m s c 通过该接口向u l r 传送漫游用户位置登记信 息，并在呼叫建立时向 v l r查询漫游用户的用户数据。该接口采用七号信令 的 m a p 规程。 5 ) c 接口 m s c 和h l r 之间的接口。 m s c 通过该接口向h l r 查询被叫移动台的选路信 息，以便确定接续路由，并在呼叫结束时向 h l r发送计费信息。该接口 采用 m a p 规程。 6 ) d 接口 v l r 和h l r 之间的接口。 该接口主要用来传送有关移动用户的位置更新信 息和选路信息。该接口采用n a p 规程。 7 ) e 接口 不同 m s c之间的接口。该接口主要有两个功能:一个用于传送控制两个 m s c 之间话路接续的局间信令，该信令采用t u p 月s u p的信令规程;另一个是 用来传送移动台越局频道转换的有关信息，该信息的传送采用 m a p的信令规 北京交通大学硕上 研究生毕业论文 程。 8 ) f 接口 m s c 和e i r 之间的接口。 m 5 c 通过该接口向e i r 查询发呼移动台的合法性。 该接口采用m a p 规程。 9 ) g 接口 不同 v l r 之间的接口。当移动台由某一个 v l r 管辖区进入另一个 v l r 管 辖区时，新v l r 通过此接口向老v l r查询移动用户的有关信息。该接口 采用 m a p 规程。 ( 2 ) g s m 的编号计划 g s m 网络是一个复杂的通信体系，包括众多的功能实体和繁杂的实体间、 子系统间及网络间的接口。为了实现正确的寻址，编号计划非常重要。 u 国际移动用户识别码 工 m s 工 在g s m 网络中唯一识别一个移动用户的号码， 它是一个1 5 位数字的号码， 其结构是: 移动国家号码m c c + 移动网号m n c + 移动用户识别码m s i n o 移动国家号码m c c 由三个数字组成， 唯一的表示了移动用户所属的国家。 中国为4 6 0 。香港为4 5 4 0 移动网号m n c 是用于识别移动用户归属的移动网。 中国移动的m n c 为0 1 , 中国联通为0 2 . c s l 为0 1 0润迅为0 9 0 移动用户识别码 ( m s i n )唯一的标识某一移动通信网中的移动用户。 工 m s 1 编码计划由c c i t t e . 2 1 2 建议规定，以 适应国际漫游的需要。 移动 用户在首次进入某 v l r管辖的区域时以此号码进行位置登记，移动网据此查 询用户数据。 2 )移动用户号码m s i s d n m s i s d n 指主叫 用户为了呼叫g s m 移动用户所拨打的号码。 其结构是: 国家码c c + 移动网号n d c +用户号码s n 国家码c c 是移动台登记注册的国家码。中国为8 6 。香港为8 5 2 . 移动网号 n d c是国内网络接入号码，用来识别不同的移动网。中国移动 网为 1 3 5 -1 3 9 。中国联通网为 1 3 0 -1 3 3 0 3 )移动用户漫游号码m s r n m s r n 是在呼叫接续时由v l r 临时分配给移动台的一个号码，用于g s m网 络在接续时的路由选择。同时也可作为s up 的全局码 ( g t )地址来寻找被叫 用户当前所在位置。m s r n的组成与m s i s d n 类似，最大为1 5 位数字。 m s r n 是在第一次接续中临时分配给漫游用户的， 供入口 的m s c 选择路由 用，一旦接续完毕即释放该号码，以便分配给其他的呼叫使用。该号码对用 户是透明的。 4 )临时移动用户识别码t m s i 为了 对 工 m s i 保密，v l r 为来访的移动用户在鉴权成功后分配一个唯一的 北京交通大学硕士研究生毕业论文 t m s 工 ，它是一个由v l r自 行分配的四个字节的b c d 编码，仅限在v l r 管辖区 内代替 工 m s t 临时使用，并且和