GSM移动通信介绍.ppt

1、GSM移动通信基础理论,介绍提纲,GSM移动通信概述 GSM系统工作频段划分 GSM移动通信系统关键技术 GSM系统结构与相关接口 GSM系统相关识别号码 GSM系统话音处理流程简介 GSM系统安全性管理功能 GSM系统移动性管理功能 GSM移动通信网网络介绍,1.GSM移动通信概述,1.1 移动通信概念1.2 移动通信发展简史1.3 GSM移动通信系统发展历程,1.1 移动通信的概念,为什么需要移动通信 随时随地、不受时空限制地进行信息交流 移动通信的概念 通信双方或至少其中一方在运动状态中进行信息传递的通信方式,第一个蜂窝移动通信系统 第一个蜂窝系统（AMPS）是在1983年10月在芝加哥

2、地区开始使用，由美国电话电报公司（AT 6）服务类型的控制； 7）对用户实施鉴权; 8）与其它公用通信网络互连.,4.3GSM系统功能,MSC、VLR功能,MSC,VLR,存储漫游用户位置信息的数据库,HLR,登记内容： 永久性的参数 暂时性的需要随时更新的参数,4.3GSM系统功能,HLR、AUC功能,AUC,存储内容： 鉴权信息 加密密钥,EIR,存储移动台设备参数的数据库，对移动设备 进行鉴别监视，拒绝非移动台入网。,4.3GSM系统功能,EIR的功能,4.3GSM系统功能,BSS设备的组成,4.3GSM系统功能,BTS的结构,4.3GSM系统功能,BTS的主要功能,信道管理 建立与释放

3、无线资源，执行逻辑信道的组合、物理信道的映射 响应MS和MSC的呼叫请求,协议转换 实现MSC-BSC侧七号信令和BSC-BTS侧LAPD信令的转换,4.3GSM系统功能,BTS的主要功能,4.3GSM系统功能,TC的主要功能,TC可以放在传输链中BTS与MSC之间的 不同地方 TC在功能上属于BTS，但通常放在MSC 机房以节省长途传输链路,4.3GSM系统功能,BSS内部语音信号传输速率,4.3GSM系统功能,MS的主要功能,4.3GSM系统功能,OMC的主要功能,4.3GSM系统功能,OMC的组成,4.4 GSM系统各接口协议,系统信令结构,4.4 GSM系统各接口协议,协议L1-L3分

4、层结构,CM：通信管理 MM：移动性管理 RR：无线资源管理 LAPDm：ISDN的Dm 数据链路协议移动应用部分,BSSMAP：基站子系统 移动应用部分 SCCP：信令连结控制部分 MTP：信息传递部分,ISUP：ISDN用户部分 TACP：事务处理应用部分 MTP：信息传递部分 L1-L3：信号层1-3,信令层3的互通,4.4 GSM系统各接口协议,BSSAP：BSS应用部分 SCCP：信令连接控制部分 DTAP：直接转移应用部分 MTP：消息传递部分 BSSMAP：BSS移动应用部分,RR在基站子系统中终止，RR消息在BSS中进行处理和转译， 映射成BSS移动应用部分（BSSMAP）的消

5、息在A接口中传递,移动性管理（MM）和接续管理（CM）都至MSC终止， MM和CM消息在A接口中是采用直接转移应用部分（DTAP） 传递，基站子系统（BSS）则透明传递MM和CM消息,5.GSM系统相关号码,5.1 MSISDN 5.2 IMSI 5.3 TMSI 5.4 MSRN/HON 5.5 MSC号与HLR号 5.6 LAI/CGI/BSIC,在GSM系统中，出于识别的目的，定义了如下的一些编号: 为了确定GSM移动用户： 永久性编码: IMSI MSISDN 临时性编码: TMSI MSRN HON 为了识别NSS网络组件: MSC Number、VLR Number、 HLR Nu

6、mber 为了识别位置区: LAI 为了识别BSS网络组件: CGI BSIC,5.GSM系统相关号码,CC,NDC,SN,National (significant),Mobile station international,ISDN number,Mobile number,MSISDN 号码结构图,CC： Country Code，国家码，如中国为86。 NDC：National Destination Code，国内接入号，如中国移动的NDC目前有139、138、137、136、135；中国联通的NDC 目前有130、131、133。 SN： Subscriber Number ，SN

7、的一般格式H0 H1 H2 H3 ABCD,一、MSISDN是指主叫用户为呼叫GSM PLMN中的一个移动用户所需拨的号码，作用同于固定网PSTN号码。 二、MSISDN 采取E.164编码方式。 三、存储在HLR和VLR中，在MAP接口上传送。,5.1 GSM系统相关号码,MSISDN,5.2GSM系统相关号码,IMSI,TMSI是为了加强系统的保密性而在VLR内分配的临时用户识别，在某一VLR区域内与IMSI唯一对应。 TMSI分配原则： 一、TMSI 包含四个字节，可以由八个十六进制数组成，其结构可由各运营部门根据当地情况而定。 二、TMSI的32比特不能全部为1，因为在SIM卡中比特全

8、为1的TMSI表示无效的TMSI。 三、要避免在VLR重新启动后TMSI重复分配，可以采取TMSI的某一部分表示时间或在VLR重起后某一特定位改变的方法。,5.3 GSM系统相关号码,TMSI,MSRN （移动台漫游号码）是在移动台有来话呼叫时，根据HLR的请求，临时由VLR分配的号码，用于发端MSC 寻址被叫拜访的MSC，接续完成后立即释放，此号码只在某一时间范围（比如90秒）内有效。 采取E.164编码方式，编码格式为：在MSC号码/VLR号码 的后面增加3 个数字。,HON（切换号码）是用于用户在两个移动交换区间进行切换时，为建立MSC间通话链路而临时使用的号码，其编码方式和格式类似MS

9、RN。,5.4 GSM系统相关号码,MSRN/HON,一、编码格式为 CC+NDC+LSP 二、 CC、NDC含义同MSISDN的规定，LSP(locally significant part)由运营者自己决定 三、E.164编码方式 四、目前在网上MSC与VLR都是合一的，所以MSC号码 与VLR号码基本上都是一样的。,一、采取E.164编码方式 二、 编码格式为：CC+NDC+H0 H1 H2 H3 0000，即为用户号为全零的MSISDN，CC，NDC含义同MSISDN的规定。,5.5 GSM系统相关号码,MSC号与HLR号,5.6 GSM系统相关号码,LAI/CGI/BSIC,6. G

10、SM话音处理流程简介,GSM中话音处理的一般过程：,7.1 鉴权 7.2 无线加密 7.3 设备识别 7.4 临时识别码(TMSI),7. GSM系统安全性管理功能,7.1鉴权,鉴权原理,AUC产生三参数(RAND、SRES、Kc)，存于HLR中。 RAND由随机数发生器产生， SRES由RAND和Ki,由A3算法得出； Kc由RAND和Ki用A8算出。 当用户要进行呼叫等操作时，先需对其鉴权，过程如下： MSC、VLR传送RAND至MS MS用RAND和KI算出SRES并返回MSC/VLR MSC/VLR把收到的SRES与存储在其中的SRES比较， 决定其真实性,7.1鉴权,鉴权执行控制过程

11、,7.2加密,加密原理,加密的定义： 为了防止BTS和MS之间交换客户信息和客户参数时不被非法个人或团体所得或监听，在GSM无线路径上的加密。 加密的过程 在MS侧，由Kc、TDAM帧号和加密命令M一起经A5算法，对客户信息数据流进行加密(也叫扰码)，在无线路径上传送。 在BTS侧，把从无线信道上收到加密信息数据流、TDMA帧号和Kc，再经过A5算法解密后，传送BSC和MSC。,7.2加密,加密执行过程,7.3设备识别,设备识别码 占用IMEI 15位十进制数字的前6位，确保系统中使用的移动台设备不是盗用的或非法的。 设备识别寄存器EIR完成设备的识别，EIR中存有三种名单 白名单： 包括已分

12、配给可参与运营的所有设备识别序列号码。 黑名单： 包括所有应被禁用的设备识别码。 灰名单： 包括有故障的及未经型号认证的移动台设备。 目前我国大部分省市的GSM网路均未配置此设备(EIR)。,7.4临时用户号码(TMSI),作用 防止非法个人或团体通过监听无线路径上的信令交换而窃得移动客户真实的客户识别码(IMSI)或跟踪移动客户的位置。 产生过程 MSCVLR产生一个新的TMSI，通过给IMSI分配位置更新TMIS的命令将其传送给移动台，写入客户SIM卡。此后，MSCVLR和MS之间的命令交换就使用TMIS，客户实际的识别码IMSI便不再在无线路径上传送。,8.1 MS接续流程 8.2 位置

13、更新 8.3 切换 8.4 呼叫处理流程简介,8. GSM系统移动性管理功能,IMSI附着,当MS开机后，若此时MS处于分离前相同的位置区，则将 MSC/VLR中VLR的IMSI作附着标记； 若位置区已变，则要进行新的常规位置更新,8.1MS接续流程,IMSI分离,当MS关机后，发送最后一次消息要求进行分离操作， MSC/VLR接到后在VLR中的IMSI上作分离标记。,定义：,8.1MS接续流程,8.2位置更新,相关概念,位置更新的定义： MS从一个位置区移到另一位置区时，一旦MS发现其存储器中的LAI与接收到的LAI发生了变化，便执行改变位置区及位置区的确认过程。 位置更新的分类(按照更新的

14、频率) 常规位置更新 周期性位置更新 位置更新的分类(按照MS的位置分类)： 相同MSC之间的位置更新 相同MSC、不同BSC之间的位置更新 不同MSC之间的位置更新,定义 GSM系统采取了强制登记的措施。例如要求MS每30分钟登记 一次(时间的长短由运营者设定)，若GSM系统没有接收到某MS的 周期性登记信息，它所处的VLR就以“隐分离”状态在该MS上做记 录，这就是周期性登记。 实现手段 网络通过BCCH向全体MS提供更新的周期。,8.2位置更新,周期性位置更新,8.2位置更新,相同MSC之间的位置更新,8.2位置更新,不同MSC之间的位置更新,8.3切换过程简介,切换的定义 将一个正处于

15、呼叫建立状态或忙状态的MS转换到新的业务信道上的过程。 切换的发起 由BSS作出(同MSC同BSC、同MSC不同BSC) 由NSS发起(不同MSC),相关概念,1. 小区内切换 同一个无线频道的话务信道之间 不同的无线频道之间 2.同基站内小区间切换 3.同MSC内基站间切换 4.同PLMN不同MSC之间切换 5.不同PLMN的基站间切换，GSM不定义,8.3切换过程简介,切换类型,同BSC控制的小区间切换,8.3切换过程简介,同MSC、不同BSC控制的小区间切换,8.3切换过程简介,不同MSC控制的小区间切换,8.3切换过程简介,8.4呼叫流程举例分析,移动呼移动 (主,被叫在同一MSC),

16、移动呼移动 (主,被叫不在同一MSC),8.4呼叫流程举例分析,移动呼固定,8.4呼叫流程举例分析,固定呼移动,8.4呼叫流程举例分析,9. GSM移动通信网网络介绍,9.1 GSM移动通信网络结构 9.2 GSM省内移动通信网 9.3 GSM移动业务本地网 9.4 本地网BSS组网方式 9.5 GSM信令网结构 9.6 移动通信网络举例,9.1 GSM移动通信网络结构,地域大国家可分为三级 大区汇接局 省级汇接局 基本业务区 中小国家可分为两级 合设的一二级汇接网 基本业务区 无分级,9.1 GSM移动通信网络结构,9.2 GSM省内移动通信网,省内GSM通信网网络结构,9.3 GSM移动业务本地网,9.3 GSM移动业务本地网,9.4本地网BSS组网方式,BSS系统组网方式灵活，网络配置方便。 根据实际需要支持BTS星型、链型、树型组网。,9.4本地网BSS组网方式,链型组网：,树型组网：,9.5 GSM信令网结构,9.5 GSM信令网结构,信令网路由类别,信令路由的分类 正常路由可采用直连方式的直达信令路由和准直连方式的信令路由。 迂回路由是因正常路由故障而不能传送信令业务时经过信令转接点转接的准直连方式路由。,9.5 GSM信令网结构,信令网路由选择,9.5 GSM信令网结构,信令点编码,我国信令网的信令点编码方式采用24