GSM信令流程和分析.ppt

1、信令分析与优化,2,一、网络话音接续过程分析； 二、BSS信令流程分析； 三、典型出错流程分析。,目录,3,一、网络话音接续过程分析,4,GSM的特点,5,GSM系统结构,6,7,PLMN接口配置,8,9,各模块功能（一）,MSC (Mobile service Switching center)：移动业务交换中心，实现移动业务交换功能,10,各模块功能（二）,VLR (Visitor Location Register)：拜访位置登记处。实际上是一个数据库，储存用户信息，主要包括： MSRN (Mobile Station Roaming Number) : 移动台漫游号码 TMSI (Te

2、mporary Mobile Subscriber Identification) : 临时移动用户身份 移动台登记的位置区（LAC） 与补充业务有关的数据,有关用户数据在GSM03.08中描述,11,各模块功能（三）,HLR (Home Location Register)：归属位置登记处。实际上是一个数据库，主要储存二类数据： 用户数据，主要包括： 用户的身份IMSI (International Mobile Subscriber Identification) 用户ISDN号码 VLR地址 用户的位置信息,有关用户数据在GSM03.08中描述,12,各模块功能（四）,AUC (Auth

3、enticate Center) : 鉴权中心，用于对用户身份的鉴别 EIR (mobile station Equipment Identity Register) : 移动台设备身份登记处，用于储存及鉴别移动台的设备身份。,13,移动主叫（MO）过程,BSS,VMSC,VLR,VPLMN,IAM（ISUP）,SIFOC Complete call,Um,A,B,IAM : Initial address message ISUP : ISDN user part SIFOC : Send information for outgoing call,参见GSM 03.18,14,MO 信令流

4、程,MS,VMSC,VLR,BSS,CM service req,CM service req,Process access req,Authenticate,Authenticate,Authenticate,Authenticate resp,Authenticate resp,Authenticate ack,Set cipher mode,Start ciphering,Cipher mode cmd,Process access req ack,Cipher mode comp,Cipher mode comp,setup,SIFOC,Complete call,Allocate c

5、hannel,Assignment cmd,Assignment comp,Allocation complete,Call proceeding,IAM,ACM,ANM,Alert,Connect,Connect ack,参见GSM 03.18,15,移动被叫（MT）过程,BSS,VMSC,VLR,VPLMN,IAM (ISUP),SIFIC Page/ack Complete call,Um,A,B,参见GSM 03.18,GMSC,HLR,IAM (ISUP),Send routeing info/ack,Provide roaming number/ack,16,MT获取路由信息,GM

6、SC,VMSC,VLR,HLR,SRI,IAM,PRN,PRN ack,SRI ack,IAM,SRI: Send Routeing Information PRN: Provide Roaming Number IAM: Initial Address Message,参见GSM 03.18,17,江苏,上海,北京,MSRN路由接续的机理,TMSC,MSC/VLR,TMSC,GMSC,IAM,HLR,MSC/VLR,TMSC,MSC/VLR,021,021,6495,SRI,PRN,6495xxxx,6485xxxx,021-649577

7、00,MSRN,MSISDN,MSRN,64957700,64957701,6495ABCD,,0123,HLR号,18,IAM,SIFIC,Page MS,Page,Page,Chan req,Imm ass,Page resp,MS conn,estab,Process,Access req,Set cipher,mode,Process,Access req ack,Start ciphering,Cipher mode cmd,Cipher mode cmp,Cipher mode cmp,Complete call,Setup,Call conf,Alloc

8、ate chan,Ass cmd,Ass cmp,Allocation cmp,Allerting,ACM,Connect,ANM,Connect ack,Complete call,ack,MT信令流程,参见GSM 03.18,19,位置更新过程,VLR,HLR,VLR,BSS,VMSC,Um,A,B,new,old,Loc upt,cancellation,Id inquiring,Location Update 的起因： 1） SIM卡第一次使用 2）位置区发生变化 3）周期位置更新 4）IMSI attach/dettache,D,D,G,参见GSM 03.20,20,位置更新流程 (

9、1),在同一MSC中的位置更新,MS,VMSC,VLR,BSS,Loc upd req,Loc upd req,Loc area upd,Authenticate,Authenticate,Authenticate,Authenticate resp,Authenticate resp,Authenticate ack,Set cipher mode,Start ciphering,Cipher mode cmd,Loc upd acc,Cipher mode comp,Cipher mode comp,Loc upd acc,TMSI ack,TMSI reallocation cmp,参见

10、GSM 03.20,21,位置更新流程 (2),在同一VLR但不同MSC中的位置更新,MS,VMSC,VLR,BSS,Loc upd req,Loc upd req,Loc area upd,Authenticate,Authenticate,Authenticate,Authenticate resp,Authenticate resp,Authenticate ack,Set cipher mode,Start ciphering,Cipher mode cmd,Loc upd acc,Cipher mode comp,Cipher mode comp,Loc upd acc,TMSI a

11、ck,TMSI reallocation cmp,HLR,Loc upd req,Loc upd ack,参见GSM 03.20,22,位置更新流程 (3),在新的VLR中的位置更新，原VLR可及,MS,VMSC,VLRn,BSS,Loc upd req,Loc upd req,Loc area upd,Auth.,Auth.,Auth.,Auth. resp,Auth. resp,Auth. ack,Set ciph. mode,Start ciphering,Ciph. mode cmd,Loc upd acc,Ciph. mode cmp,Ciph. mode cmp,Loc upd a

12、cc,TMSI ack,TMSI reallocation cmp,HLR,Loc upd req,Loc upd ack,VLRo,Id req,Id resp,Cancellation.,Cancellation ack,参见GSM 03.20,23,位置更新流程 (4),在新的VLR中的位置更新，原VLR不可及,MS,VMSC,VLRn,BSS,Loc upd req,Loc upd req,Loc area upd,Auth.,Auth.,Auth.,Auth. resp,Auth. resp,Auth. ack,Set ciph. mode,Start ciphering,Ciph.

13、 mode cmd,Loc upd acc,Ciph. mode cmp,Ciph. mode cmp,Loc upd acc,TMSI ack,TMSI reallocation cmp,HLR,Loc upd req,Loc upd ack,VLRo,Cancellation.,Cancellation ack,Id req.,Id req.,Id req.,Id resp,Id resp,Id resp,参见GSM 03.20,24,位置更新流程 (5),在新的VLR中的位置更新，原VLR可及，但信息丢失,MS,VMSC,VLRn,BSS,Loc upd req,Loc upd req,

14、Loc area upd,Auth.,Auth.,Auth.,Auth. resp,Auth. resp,Auth. ack,Set ciph. mode,Start ciphering,Ciph. mode cmd,Loc upd acc,Ciph. mode cmp,Ciph. mode cmp,Loc upd acc,TMSI ack,TMSI reallocation cmp,HLR,Loc upd req,Loc upd ack,VLRo,Cancellation.,Cancellation ack,Id req.,Id req.,Id req.,Id resp,Id resp,Id

15、 resp,unknown,Id req.,参见GSM 03.20,25,用户身份鉴权过程,参见GSM 03.20,Um,A3,A3,? =,Yes/no,Ki,RAND,RAND,SRES,Ki,( Authentication req. ),( Authentication resp. ),Ki : individual subscriber authentication key,26,安全相关信息获取,VMSCVLR,Security Related Infomation Request,HLR/AuC,A3,Ki,RAND产生,参见GSM 03.20,Authentication Ve

16、ctor Response,SRES(1,2,n) , RAND(1,2,n),27,鉴权过程（1）,在新的VLR中做位置更新，采用TMSI,MS,MSC/VLRn,BSS,Loc upd req,Loc upd req,TMSIo,Auth.,Auth.,MSC/VLRo,参见GSM 03.20,( LAI, TMSI ),( LAI, TMSI ),IMSI RAND(1n) SRES(1n),28,鉴权过程（2）,在新的VLR中做位置更新，采用IMSI,MS,MSC/VLRn,BSS,Loc upd req,Loc upd req,Sec.Rel.Info.req,Auth.,Auth.

17、,( LAI, IMSI ),( LAI, IMSI ),RAND(1n) SRES(1n),HLR/AuC,参见GSM 03.20,29,鉴权过程（3）,在新的VLR中做位置更新，采用TMSI，TMSI在原VLR中未知,参见GSM 03.20,MS,MSC/VLRn,BSS,Loc upd req,Loc upd req,TMSIo,Auth.,Auth.,MSC/VLRo,( LAI, TMSI ),( LAI, TMSI ),unknow,Sec.Rel.Info.req,RAND(1n) SRES(1n),HLR/AuC,Id req.,Id req.,IMSI,IMSI,本流程属于异

18、常情况,30,鉴权流程（4）,参见GSM 03.20,在新的VLR中做位置更新，采用TMSI，原VLR不可及,MS,MSC/VLRn,BSS,Loc upd req,Loc upd req,Auth.,Auth.,( LAI, TMSI ),( LAI, TMSI ),Sec.Rel.Info.req,RAND(1n) SRES(1n),HLR/AuC,Id req.,Id req.,IMSI,IMSI,本流程属于异常情况,31,鉴权过程的其它,参见GSM 03.20,1. 如果用TMSI鉴权失败，是否需要再用IMSI鉴权？ 答案：是。但作为选项，运营商可以规定在TMSI鉴权失败后拒绝后续操作

19、。 2. 在故障情况下的处理 * VLR中的每组三件套用过一次后可以删除，也可以不删除但标记为已用； * 当VLR中的三件套都用过后，应该向HLR申请新的三件套； * 一旦获得新的三件套，VLR将储存的用过的所有三件套删除； * 若申请过程出现故障，则VLR可以重复使用已用过的三件套，但三件套允许重复的次数是受限的。,32,信息加密与解密,A5,A5,Count ( = TDMA Frame Number = ) Count,114 bits 加密块,114 bits 加密块,BLOCK1,BLOCK1,114 bit 信息块,114 bit 信息块,Kc,Kc,Kc：密钥，64 bits C

20、ount：22 bits BLOCK1，BLOCK2：114 bits,Channel,参见GSM 03.20,33,Kc的产生,参见GSM 03.20,Um,A8,A8,Ki,RAND,RAND,Ki,( Authentication req. ),Ki : individual subscriber authentication key,储存 Kc,储存 Kc,34,二、BSS信令流程分析,35,基站子系统(BSS)组成,基站控制器BSC 基站收发信机BTS 无线操作维护中心OMC-R 码变换器TC(Transcoder),UM接口,MS,Abis接口,接口,BTS,OMC-R,BSC,T

21、C,BTS,36,各模块功能,MS (Mobile Station)：移动台，实现移动终端功能 BTS (Base Transceiver Station)：基站收发信台，实现移动通信系统与MS之间的无线通信 BSC (Base Station Controller)：基站控制器，实现无线系统到交换系统的集线功能、无线资源管理功能以及其它与无线相关的控制功能 OMC (Operation and Maintenance Center)：操作维护中心，提供人机界面实现对系统设备的监测和控制功能,37,BSC框架,交换网络,处理器,DT,DT,A,Abis,38,BTS框架,39,Um接口物理信道

22、帧结构,40,Burst type,41,逻辑信道,业务信道TCH 控制信道CCH,42,业务信道,43,控制信道,44,信道组合,i) TCH/F + FACCH/F + SACCH/F ii) TCH/H(0,1) + FACCH/H(0,1) + SACCH/TH(0,1) iii) TCH/H(0,0) + FACCH/H(0,1) + SACCH/TH(0,1) + TCH/H(1,1) iv) FCCH + SCH + BCCH + CCCH v) FCCH + SCH + BCCH + CCCH + SDCCH/4 + SACCH/C4 vi) BCCH + CCCH vii) SDCCH/8 + SACCH/C8,CCCH = PCH + RACH + AGCH,45,GSM系统信令结构,TDMA : Time Division Muple Access LAPDm: Link Access Protocol for Dm Channel RR : Radio Resource MM : Mobility Management CM : Connection Management PCM : Pulse Code Modulation LAPD : Link Access Protocol for D channe