1、GSM系统基础介绍,前言,熟悉网络结构是网优工程师的基本功,详细了解网络结构,有助于提高网优工程师的专业素养和技术水平本文档概要介绍了GSM网络结构知识，帮助使用者熟悉GSM系统基础知识。,课程目标,GSM系统发展概况 GSM系统结构和编号计划,学习完本课程，您将能够熟悉：,课程内容,,2.1 GSM系统概述2.2 GSM系统结构 及接口 2.3GSM系统区域及编号计划,2.1 GSM系统发展概述,1982年，为了建立全欧统一的蜂窝系统成立了移动通信特别小组GSM(Group Special Mobile)。 1986年，决定制定数字蜂窝网标准并在巴黎对不同公司、不同方案的系统（8个）进行了比
2、较，包括现场试验。 1987年5月选定窄带TDMA方案。 1988年颁布了GSM标准，也称泛欧数字蜂窝通信标准。 1990年完成GSM900的规范。 1991年制定DCS1800的规范，并将GSM更名为全球移动通信系统(Global System for Mobile communications)。 1994年，GSM进入我国，现已成为世界上最流行、最大的蜂窝系统，其成功超出了每个人的预想,2.2 GSM系统结构,GSM系统整个系统可分为三个相对独立的子系统 基站子系统（BSS）在移动台（MS）和网路子系统（NSS）之间提供和管理传输通路，特别是包括了MS和GSM系统功能实体之间的无线接口管
3、理 NSS必须与相关的公用通信网或其他的MS之间建立通信 移动台(MS)包括移动台物理设备（手机）和智慧部件SIM卡两部分,GSM系统结构介绍,Page 7,MS： 移动站 BTS:：基站 BSC：基站控制器 GMSC:：移动交换中心网关 HLR:：归属位置寄存器 VLR：访问位置寄存器 MSC：移动交换中心 AuC：鉴权中心 EIR ：设备识别寄存器 OMC：操作维护中心,GSM移动台子系统(MS),Page 8,移动台就是移动用户设备部分，功能实体可分为以下2个主要部分：,移动终端（MT）就是通常所说的“手机”，它可以完成话音编码、信道编码/译码、信息加密/解密、信息调制/解调、信息发送/
4、接收等。 用户识别卡（SIM）就是用户“身份卡”，存有认证用户所需要的所有信息，并能执行一些与安全保密有关的重要信息处理，防止非法用户进入网络。,GSM移动终端的SIM卡,Page 9,SIM卡的作用 无线传输比固定传输更易被窃听，如果不提供特别的保护措施，很容易被窃听或被假冒一个注册用户。八十年代的模拟系统令用户深受其害。因此，GSM首先引入了SIM卡技术，它通过鉴权来防止未授权的接入，这样保护了网络运营者和用户不被假冒的利益；通过对传输加密可以防止在无线信道上被窃听，从而保护了用户的隐私；另外，它以一个临时代号替代用户标识，使第三方无法在无线信道上跟踪GSM用户，而且这些保密机制全由运营者
5、进行控制，用户不必加入更显安全。 SIM卡的特点1、客户与设备分离； 2、通信安全可靠； 3、成本低。 SIM卡功能 SIM卡的主要完成两种功能：存储数据(控制存取各种数据)和在安全条件下(个人身份号码PIN、鉴权钥Ki正确)完成客户身份鉴权和客户信息加密算法的全过程。,基站子系统（BSS）,基站子系统的实体部分是由基站收发信台（BTS）和基站控制器（BSC）两部分组成的，它具备以下基本功能： （1）协助MSC完成地面信道管理。 （2）无线信道测量和分配、链路监视、功率控制及跳频管理等。 （3）无线信道的资源指示。 （4）信道编码、解码。 （5）独立完成小区内和同一BSC内的切换，执行MSC指
6、令在BSC之间切换。 （6）间断发射及接收等功能。,Page 10,注意：一个基站子系统是一个BSC管辖范围的所有BTS而不是一个交换机所带的无线系统,基站收发信台（BTS）的功能,实现与BSC接口功能 实现与移动台（MS）空中接口的功能 无线传输 编码调制 完成无线与有线的转换,Page 11,基站控制器（BSC）的功能,接口管理 BTS的管理 无线参数及无线资源管理 话务量统计 切换 操作与维护,Page 12,网络交换子系统NSS,接口管理 完成话路交换 支持位置登记、越区切换和自动漫游等其它网络功能 提供移动通信系统与其它公用通信网之间的接口,Page 13,MSC的功能,网络交换子系
7、统NSS,服务于其控制区域内移动用户 存储进入其控制区域内已登记的移动用户位置信息 为已登记的移动用户提供呼叫接续，并把数据定期发给HLR 通常与MSC合设,Page 14,VLR的功能,网络交换子系统NSS,GSM系统的中央数据库。 其控制区域内所有移动用户的重要数据都存储在HLR中。包括用户识别号码、漫游权限、用户类别和补充业务等数据，以及漫游移动用户所在MSC区域的有关动态数据,Page 15,HLR的功能,网络交换子系统NSS,属于HLR的一个功能单元部分，专用于GSM系统的安全性管理。 存储鉴权信息和加密密钥，防止无权用户接入系统和防止无线接口中数据被窃。,Page 16,AUC的功
8、能,网络交换子系统NSS,存储移动设备的国际移动设备识别码（IMEI），通过核查三种表格（白名单、灰名单、黑名单）使得网络具有防止无权用户接入、监视故障设备的运行和保障网络运行安全的功能。 白名单：准许使用 灰名单：出现故障需监视 黑名单：失窃不许使用,Page 17,EIR的功能,GSM操作支持子系统OSS,OSS是操作人员与系统设备之间的中介，实现了系统的集中维护与操作。OSS的一侧与设备相连，另一侧是作为人机接口的计算机工作站。这些专门用于操作维护的设备被称作操作维护中心OMC。OSS包括一个或多个操作维护中心(OMC)， OMC对系统中的每一个设备实体进行控制和维护。 主要功能：移动用
9、户管理移动设备管理网络操作维护话务统计GSM规范中对OMC的规定仅限于功能性接口，具体实现留给各制 造厂家。,Page 18,GSM系统接口介绍,主要接口 Um：BTS与MS间的空中接口 A：BSS与NSS间接口 Abis：BTS与BSC间接口 网络子系统内部B：MSC与VLR间接口C：MSC与HLR间接口D：HLR与VLR间接口E：MSC与MSC间接口F：MSC与EIR间接口G: VLR与VLR间接口 与其它公用电信网接口,Page 19,20,GSM系统的接口说明,Um接口：Um接口（空中接口）定义为MS与BTS之间的无线通信接口，它是GSM系统中最重要、最复杂的接口。此接口传递的信息包括
10、无线资源管理、移动性管理和接续管理等。,PTSN、PDSN、ISDN,21,GSM系统的接口说明,Abis接口：Abis接口定义为基站子系统的BSC与BTS两个功能实体之间的通信接口，用于BTS（不与BSC放在一处）与BSC之间的远端互连方式。它是通过采用标准的2.048 Mbps或64 kbps PCM数字传输链路来实现的。此接口支持所有向用户提供的服务，并支持对BTS无线设备的控制和无线频率的分配。,PTSN、PDSN、ISDN,22,GSM系统的接口说明,A接口：A接口定义为网络子系统（NSS）与基站子系统（BSS）之间的通信接口。从系统的功能实体而言，就是移动交换中心（MSC）与基站控
11、制器（BSC）之间的互连接口，其物理连接是通过采用标准的2.048Mbps PCM数字传输链路来实现的。此接口传送的信息包括对移动台及基站管理、移动性及呼叫接续管理等。,PTSN、PDSN、ISDN,GSM系统的其他接口说明,B接口：B接口定义为MSC与VLR之间的内部接口。用于MSC向VLR询问有关移动台（MS）当前位置信息或者通知VLR有关MS的位置更新信息等 C接口：C接口定义为MSC与HLR之间的接口，用于传递路由选择和管理信息。两者之间是采用标准的2.048 Mbps PCM数字传输链路实现的。 D接口：D接口定义为HLR与VLR之间的接口，用于交换移动台位置和用户管理的信息，保证移
12、动台在整个服务区内能建立和接受呼叫。由于VLR综合于MSC中，因此D接口的物理链路与C接口相同。 E接口：E接口为相邻区域的不同移动交换中心之间的接口。用于移动台从一个MSC控制区到另一个MSC控制区时交换有关信息，以完成越区切换。此接口的物理链接方式是采用标准的2.048 Mbps PCM数字传输链路实现的。 F接口：F接口定义为MSC与EIR之间的接口，用于交换相关的管理信息。此接口的物理链接方式也是采用标准的2.048 Mbps PCM数字传输链路实现的。 G接口：G接口定义为两个VLR之间的接口。当采用临时移动用户识别码（TMSI）时，此接口用于向分配TMSI的VLR询问此移动用户的国
13、际移动用户识别码（IMSI）的信息。G接口的物理链接方式与E接口相同。 其它公用电信网接口：GSM系统通过MSC与公用电信网互连。一般采用7号信令系统接口。其物理链接方式是MSC与PSTN或ISDN交换机之间采用2.048 Mbps的PCM数字传输链路实现的。,Page 23,2.3 GSM系统结构和编号,Page 24,GSM系统结构,Page 25,移动台的国际身份号ISDN（又称MSISDN）, 移动台的国际身份号ISDN（又称MSISDN） CC为国家码，中国是86；NDC为国内目的地码；SN为用户号码。 MSISDN的一般格式为86-139-H0 H1 H2 H3 ABCD 1392
14、2234567139222便是NDC，前三位用于识别网号，后三位用于识别归属区,Page 26,编号就是用于识别身份的各种号码，以便正确寻址。,国际移动用户识别码（IMSI）,MCC：移动国家码，三个数字，如中国为 460。 MNC：移动网号，两个数字，如中国移动的MNC为00。 MSIN：在某一PLMN内MS唯一的识别码。 NMSI：在某一国家内MS唯一识别码。 例:460002289000168,Page 27,国际移动台设备识别码（IMEI）,TAC-型号批准码，由欧洲型号批准中心分配。 FAC-最后装配码，表示生产厂家或最后装配所在地，由厂家进行编码。 SNR-序号码。这个数字的独立序
15、号码唯一地识别每个TAC和FAC的每个移动设备。 SP-备用，为0。例：490547403767335,Page 28,IMEI唯一地识别一个移动台设备，用于监控被窃或无效的移动设备,#06#为查询代码。,移动台漫游号码（MSRN）/移动用户临时识别码（TMSI）,MSRN是在每次呼叫移动用户时，为了提供给MSC一个用于路由的临时号码，根据HLR的请求，由被叫用户所在的VLR临时分配给移动用户的一个号码。该号码在接续完成后即可释放给其他用户使用。它对用户而言是不可见的 采取E.164编码方式。 存储在HLR和VLR中，在MAP接口上传送。其号码格式和MSISDN是完全一样。,Page 29,T
16、MSI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可用作位置更新、切换、呼叫和寻呼等操作时的用户识别码，并且可在每次鉴权成功后重新分配。TMSI分配原则： 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。,位置识别码,位置区识别码（LAI） 组成结构MCC+ MNC+ LAC，代表MSC业务区中的不同位置区。 LAI代表MSC业务区的不同位置区，用于移动用户的位置更新。 LAIMCCMNCLAC MCC：移动国家号，识别一个国家； MNC：移动网号，识别国内的GSM网； LAC：位置区号码，识别一个GSM网中
17、的位置区，LAC的最大长度为16bits，一个GSMPLMN中可以定义65536个不同的位置区。,Page 30,位置识别码,全球小区识别码（GCI） 在LAI基础上加上小区识别码（CI）构成。用于识别一个位置区内的小区。 CGIMCCMNCLACCI 其中： CI为小区识别代码； LAI：位置区域识别代码； MCC：为移动国家代码，中国为460； MNC：移动网号； LAC：位置区编号。（最长16比特，可定义65536个位置区）,Page 31,位置识别码,基站识别码（BSIC） 主要供移动台区分相邻基站使用，结构BSIC = NCC + BCC。 BSIC 为一个6比特编码。 NCC：国家
18、色码，用于识别GSM移动网 BCC：基站色码，用于识别基站,Page 32,GSM系统中各种号码的应用,下例是一个北京的固定电话用户拨打广州的一个移动用户的呼叫接续过程中各种识别码的应用过程。 1、主叫拨号。北京市话用户A拨打广州GSM用户B的MSISDN号码，PSTN网络的交换机分析MSISDN号码，得知B用户为移动用户，它把呼叫转到GSM网络上距它最近 的一个具有入口功能的移动业务交换中心GMSC。 2、GMSC分析被叫号码。GMSC分析该号码为广州位置寄存器HLR的用户后将MSISDN号码送至广州HLR，要求查询有关该被叫用户目前所在的位置信息。3、HLR申请漫游号码MSRN。HLR把M
19、SISDN号码转换成IMSI后查出用户目前处于哪个MSC并将该IMSI发至该MSC没，向该MSC申请分配一个漫游号码。4、选定漫游号码MSRN。MSC收到IMSI后临时给被叫用户B分配一个漫游号码并将此号码送回HLR，再由HLR发给GMSC使用。,Page 33,5、连接呼叫至被叫所在的MSC。GMSC收到MSRN后，用此号码选择一条出中继路由至MSC。MSC将负责本次呼叫的建立和计费功能。6、令被叫所在位置区内的所有基站发寻呼信息。MSC发出寻呼命令到MS所在位置区内的所有无线基站，再由基站向被叫用户B发呼叫信号。7、基站寻呼被叫用户B。基站收到寻呼命令后，将该寻呼消息（含有MS的IMSI）通过无线控制信道发射。MS接收到寻呼后向基站发回响应信号。8、呼叫连接。MS响应信号经BTS、BSC送回MSC，经鉴权、设备识别后认为合法，则令BSC给该MS分配一条TCH，接通MSC至BSC的路由，并向主叫送回铃音，向被叫振铃。当被叫摘机应答，则系统开始计费。,
