4.4GSM系统的控制与管理.ppt

4.4.1 位置登记 所谓位置登记(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。由于数字蜂窝网的用户密度大于模拟蜂窝网，因而位置登记过程必须更快、更精确。位置信息存储在原籍位置寄存器(HLR)和访问位置寄存器(VLR)中。GSM蜂窝通信系统把整个网络的覆盖区域划分为许多位置区，并以不同的位置区标志进行区别，如图7-24 中的LA1,LA2,LA3,。4.4 GSM系统的控制与管理系统的控制与管理图 7-24 位置区划分的示意当一个移动用户首次入网时，它必须通过移动交换中心(MSC)，在相应的位置寄存器(HLR)中登记注册，把其有关的参数(如移动用户识别码、移动台编号及业务类型等)全部存放在这个位置寄存器中，于是网络就把这个位置寄存器称为原籍位置寄存器。移动台的不断运动将导致其位置的不断变化。这种变动的位置信息由另一种位置寄存器，即访问位置寄存器(VLR)进行登记。位置区的标志在广播控制信道(BCCH)中播送，移动台开机后，就可以搜索此BCCH，从中提取所在位置区的标志。移动台可能在不同情况下申请位置更新。比如，在任一个地区中进行初始位置登记，在同一个VLR服务区中进行过区位置登记，或者在不同的VLR服务区中进行过区位置登记等。不同情况下进行位置登记的具体过程会有所不同，但基本方法都是一样的。图 7-25给出的是涉及两个VLR的位置更新过程其它情况可依此类推。图 7-25 位置登记过程举例4.4.2 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。鉴权是为了确认移动台的合法性，而加密是为了防止第三者窃听。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，用户鉴权密钥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(用户识别)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 7-26。图 7-26 AUC产生三参数组首先，产生一个随机数(RAND)；通过加密算法(A8)和鉴权算法(A3),用RAND和Ki分别计算出加密密钥(Kc)和符号响应(SRES)；RAND、SRES和Kc作为一个三参数组一起送给HLR。1.鉴权 无论是移动台主呼或被呼，都有鉴权过程，鉴权程序如图 7-27 所示。鉴权过程主要涉及到AUC、HLR、MSC/VLR和MS，它们均各自存储着与用户有关的信息或参数。当MS发出入网请求时，MSC/VLR就向MS发送RAND，MS使用该RAND以及与AUC内相同的鉴权密钥Ki和鉴权算法A3,计算出符号响应SRES，然后把SRES回送给MSC/VLR,验证其合法性。图 7-27 鉴权程序2.加密 GSM系统为确保用户信息(话音或非话音业务)以及与用户有关的信令信息的私密性，在BTS与MS之间交换信息时专门采用了一个加密程序，如图 7-28 所示。图 7-28 加密程序3.设备识别 每一个移动台设备均有一个惟一的移动台设备识别码(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：是否允许使用由运营者决定，例如有故障的或未经型号认证的移动设备识别号。设备识别程序如图 7-29 所示。图 7-29 设备识别程序4.用户识别码(IMSI)保密 为了防止非法监听进而盗用IMSI，当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 7-30 示出了位置更新时使用的新的TMSI程序。图 7-30 位置更新时的新的TMSI程序4.4.3 呼叫接续 1.移动用户主呼 移动用户向固定用户发起呼叫的接续过程如图 7-31 所示。移动台(MS)在随机接入信道(RACH)上，向基站(BS)发出“信道请求”信息，若BS接收成功，就给这个MS分配一个专用控制信道，即在准许接入信道(AGCH)上向MS发出“立即分配”指令。MS在发起呼叫的同时，设置一定时器，在规定的时间内可重复呼叫，如果按预定的次数重复呼叫后，仍收不到BS的应答，则放弃这次呼叫。图 7-31 移动用户主呼时的接续过程MS收到“立即分配”指令后，利用分配的专用控制信道(DCCH)与BS建立起信令链路，经BS向MSC发送“业务请求”信息。MSC向VLR发送“开始接入请求”应答信令。VLR收到后，经MSC和BS向MS发出“鉴权请求”，其中包含一随机数(RAND)，MS按鉴权算法A3进行处理后，向MSC发回“鉴权”响应信息。2.移动用户被呼固定用户向移动用户拨出呼叫号码后，固定网络把呼叫接续到就近的移动交换中心，此移动交换中心在网络中起到入口(Gate Way)的作用，记作GMSC。GMSC即向相应的HLR查询路由信息，HLR在其保存的用户位置数据库中查出被呼MS所在的地区，并向该区的VLR查询该MS的漫游号码(MSRN)。VLR把该MS的(MSRN)送到HLR，并转发给查询路由信息的GMSC。GMSC即把呼叫接续到被呼MS所在地区的移动交换中心，记作VMSC。由VMSC向该VLR查询有关的“呼叫参数”，获得成功后，再向相关的基站(BS)发出“寻呼请求”。基站控制器(BSC)根据MS所在的小区，确定所用的收发台(BTS)，在寻呼信道(PCH)上发送此“寻呼请求”信息。图 7 32 移动用户被呼时的连接过程MS收到寻呼请求信息后，在随机接入信道(RACH)向BS发送“信道请求”，由BS分配专用控制信道(DCCH)，即在公用控制信道(CCCH)上给MS发送“立即指配”指令。MS利用分配到的DCCH与BS建立起信令链路，然后向VMSC发回“寻呼”响应。VMSC接到MS的“寻呼”响应后，向VLR发送“开始接入请求”，接着启动常规的“鉴权”和“置密模式”过程。VMSC收到MS的“呼叫证实”信息后，向BS发出信道“指配请求”，要求BS给MS分配无线业务信道(TCH)。4.4.4 过区切换 所谓过区切换，是指在通话期间，当移动台从一个小区进入另一个小区时，网络能进行实时控制，把移动台从原小区所用的信道切换到新小区的某一信道，并保证通话不间断(用户无感觉)。如果小区采用扇区定向天线，当移动台在小区内从一个扇区进入另一扇区时，也要进行类似的切换。GSM系统采用的过区切换办法称之为移动台辅助切换(MAHO)法。其主要指导思想是把过区切换的检测和处理等功能部分地分散到各个移动台，即由移动台来测量本基站和周围基站的信号强度，把测得结果送给MSC进行分析和处理，从而作出有关过区切换的决策。图 7-33 同一个BSC的过区切换示意(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。这种切换是最简单的情况，如图 7-33 所示。(2)同一个MSC/VLR业务区内，不同BSC控制区的小区之间的切换，如图 7-34 所示。图 7-34 同一个MSC/VLR区内，不同BSC间的切换示意图 7-35 同一MSC的BSC间的切换流程(3)不同MSC/VLR控制区的小区之间的切换。这是一种最复杂的切换，切换中需进行很多次信息传递。图7-36 给出了不同MSC/VLR的小区切换示意图。图 7-37 为切换流程，即由MSC1 的小区向MSC2的小区进行切换的过程。图 7-36 不同MSC/VLR的切换示意图图 7-37 不同MSC/VLR的小区切换流程