1、GSM Global System for Mobile communications,介绍,内容提要,GSM信令网 GSM系统介绍 GSM的呼叫处理 GSM信令的应用,GSM的网路结构,全国GSM移动通信网的网路结构 省内GSM移动通信网的网路结构 移动业务本地网的网路结构,全国GSM移动通信网的网路结构,全国GSM移动电话网按大区设立一级汇接中心、省内设立二级汇接中心、移动业务本地网设立端局构成三级网路结构。 TMSC1之间用网状网，连接各省原则上设置12个TMSC2，TMSC2与相应的的TMSC1相连； 全网划分为若干个移动用户本地网，每个移动本地网设1N个移动业务交换中心（MSC），M
2、SC与相应的TMSC2相连。,省内GSM移动通信网的网路结构,省内GSM移动通信网由省内的各移动业务本地网构成，省内设若干个移动业务汇接中心(即二级汇接中心)，汇接中心之间为网状网结构，汇接中心与移动端局之间成星状网。根据业务量的大小，二级汇接中心可以是单独设置的汇接中心(即不带客户，全有至基站接口，只作汇接)，也可兼作移动端局(与基站相连，可带客户)。省内GSM移动通信网中一般设置二三个移动汇接局较为适宜，最多不超过四个，每个移动端局至少应与省内两个二级汇接中心相连，任意两个移动交换局之间若有较大业务量时，可建立话音专线。,移动业务本地网的网路结构 （一）,全国可划分为若干个移动业务本地网，
3、划分的原则是长途区号为2位或3位的地区为一个移动业务本地网。每个移动业务本地网中应设立一个HLR(必要时可增设HLR，HLR可以是有物理实体的，也可是虚拟的，即几个移动业务本地网公用同一个物理实体HLR，HLR内部划分成若干个区域，每个移动业务本地网用一个区域，由一个业务终端来管理)和一个或若干个移动业务交换中心(MSC)， 还可以几个移动业务本地网共用一个MSC。,移动业务本地网的网路结构 （二）,在移动业务本地网中，每个MSC与局所在地的长途局相连，并与局所在地的市话汇接局相连。在长途多局制地区，MSC应与该地区的高级长途局相连。在没有市话汇接局或话务量足够大的情况下，MSC亦可与本地市话
4、端局相连。当一个MSC覆盖几个长途编号区时，该MSC亦可和这几个长途编号区的市话汇接局和长途局相连。每个MSC均为数字移动通信网的入口局，入口局具有为移动终端的呼叫询问呼叫路由的功能和为呼叫选路至它们终端的目的地-被叫移动台的功能。,信令点编码方案,GSM信令网的信令点的编码采用中国24位编码方式，但由于MSCBSC之间仅是点对点信令传递，因此BSC仍维持CCITT的14位信令点编码方式,信令网的寻址方式（一）,信令路径和话路路径是完全不同的。GSM的信令协议是建立在SCCP（信令连接控制部分）基础上的。SCCP地址有三种类型：信令点编码（SPC）：即MTP地址，它只在所定义的7号信令网中有意
5、义。MTP根据DPC识别目的地并选路由，根据SI（业务指示语）识别目的地内的用户。,信令网的寻址方式（二）,子系统号（SSN）：是SCCP使用的本地寻址信息，用于识别一个节点中的各个SCCP用户。全局名（GT）：主要在始发节点不知道目的地节点网络地址的情况下使用，它一般为某种编号计划中的号码。我国GSM信令网SCCP的寻址方式：国际间和省间采用GT寻址；省内采用DPC和SSN寻址。,信令协议,GSM系统不同的接口上使用了不同的协议，我们只关注7号信令系统。1、 A接口：承载有BSC/MSC之间的消息类型，以及MS/MSC之间的消息类型。把BSC/MSC之间的消息类型集合在一起称为BSSMAP（
6、BSS管理应用部分），把MS/MSC之间的消息类型集合在一起称为DTAP（直接传送应用部分）； 2、 HLR与MSC之间的接口：C接口、HLR与VLR之间的接口：D接口、MSC之间的接口：E接口、MSC与VLR之间的接口：B接口、VLR之间的接口:G接口。,内容提要,GSM信令网 GSM系统介绍 GSM的呼叫处理 GSM信令的应用,GSM 系统介绍,GSM系统结构GSM系统组成GSM系统的接口GSM系统的编号计划,GSM 系统结构,GSM系统组成 （一）,归属位置积存器（HLR）：HLR是负责移动用户管理的数据库，储存所有它管辖用户的的签约数据和MS的位置信息。 拜访位置寄存器（VLR）：VL
7、R是一个动态数据库，负责它所管辖区域内出现的移动用户的数据，包含处理用户建立、接收呼叫所需的信息。一个VLR可负责一个或几个MSC区域，可为移动用户分配移动用户漫游号码（MSRN）、临时移动用户识别（TMSI）、并在建立呼叫时从MSC接收到的MSRN、国际移动用户识别（IMSI）或TMSI中识别出MS。,GSM系统组成 （二）,移动业务交换中心（MSC）：MSC是一个程控交换机，除完成交换功能外、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。 设备识别寄存器（EIR）：EIR是一个数据库，负责管理移动台的设备识别。 鉴权中心（AUC）。AUC为认证移动用户的身份和产生相应鉴权参数
8、的功能单元。,GSM网络结构图,复习：各实体之间的接口及传递的信息,GSM系统的接口,Abis接口：BSC与BTS之间的接口； A接口：MSC与BSC之间的接口； C接口：HLR与MSC之间的接口； D接口：HLR与VLR之间的接口； E接口：MSC之间的接口； F接口：MSC与EIR之间的接口； G接口：VLR之间的接口。,GSM系统的编号计划 （一）,移动用户号码（MSISDN）移动用户号码是指移动用户对外公开的电话号码，由三部分组成： CC：国家号 NDC：移动业务接入号 SN：移动用户号86 130 06623337,GSM系统的编号计划 （二）,国际移动用户识别码（IMSI） IMS
9、I号码是数字PLMN网中唯一地识别一个移动用户的号码，为一个15位数字的号码。由三部分组成： MCC：移动国家号码 MNC：移动网号 MSIN：移动用户识别码 460010644030559,GSM系统的编号计划 （三）,移动用户漫游号码（MSRN）被叫客户所归属的HLR知道该客户目前是处于哪一个MSC/VLR业务区，为了提供给入口MSC/VLR（GMSC）一个用于选路由的临时号码，HLR请求被叫所在业务区的MSC/VLR给该被叫客户分配一个移动客户漫游号码（MRSN），并将此号码送至HLR，HLR收到后再发送给GMSC，GMSC根据此号码选路由，将呼叫接至被叫客户目前正在访问的MSC/VLR
10、交换局。路由一旦建立，此号码就可以立即释放。,GSM系统的编号计划 （四）,临时移动客户识别码（TMSI）为了对IMSI保密，MSC/VLR可给来访移动客户分配一个唯一的TMSI号码，即一个由MSC自行分配的4字节的BCD编码，仅限在本MSC业务区内使用。,GSM系统的编号计划 （五）,位置区识别码 （LAI）由三部分组成（MCC+MNC+LAC） 全球小区识别码（CGI） 由四部分组成（MCC+MNC+LAC+CI）,内容提要,GSM信令网 GSM系统介绍 3、GSM的呼叫处理 4、GSM信令的应用,GSM 的呼叫处理,位置管理 呼叫控制切换短消息,位置区管理及划分（一）,GSM中的每个用户
11、都在一个PLMN建立注册关系。PLMN不能将网内的用户统一在一起管理，而是按地理位置或业务需求进行分区管理。PLMN中的每个用户都有一个归属的HLR，这与固定网很相似，在固定网中，用户直接连到本地交换局，不论呼入和呼出，这个局址是不变的，很自然用户的资料就存放在该交换局，基于同样的考虑，GSM在HLR中存放用户资料和其位置信息。由于用户是移动的，位置信息用于建立移动被叫，而其他资料则要用于有关该用户相关操作的任何时刻。实际上，只有MS当前所处的MSC需要这些资料，如果每次操作，MS都要到HLR查询，信令负荷就会很大，因而在MSC建立VLR数据库，管理那些处于MSC管辖范围内当前用户的资料。,位
12、置区管理及划分（二）,VLR可以与一个或多个MSC结合，控制几个小区内的临时用户的注册，这些小区构成的覆盖区称为VLR区。MS的位置更新是在位置区（LA）之间进行的，位置区是几个小区的集合，如果位置更新以小区为标准，则太频繁，处理开销就会增大。MS的位置更新就是时刻告知系统它当前的LA，网络按MS注册的当前的LA进行寻呼。当MS由一个MSC/VLR进入另一个MSC/VLR，新的VLR要从HLR中拷贝用户信息，HLR通知原MSC/VLR删除这个用户的信息，同时HLR中的位置信息就和现有的MSC/VLR的位置相关。,位置区管理及划分（三）,VLR区、位置区、小区的关系,用户状态,移动台客户状态一般
13、是处于MS(客户)开机(空闲状态)、MS关机和MS忙三种状态之一。(1) MS开机，网路对它作“附着”标记(2) MS关机，从网路中“分离”。(3) MS忙 无线网路分配给MS一个业务信道传送话音或数据，并在该客户上标注客户”忙”。,位置更新,位置更新,IMSI附着 周期性位置更新 一般性位置更新,IMSI附着,IMSI附着是指开机时进行位置更新，结果在MS的拜访VLR中将MS标志为附着。IMSI附着有三种可能的情况：1、长时间没有开机，MS中存放的LAI丢失；2、关机后开机， MS中存放的LAI与收到的LAI 不一致；3、关机后开机， MS中存放的LAI与收到的LAI一致,周期性位置更新,若
14、MS向网路发送“IMSI分离”消息时，由于此时无线链路质量很差，衰落很大，那么GSM系统有可能不能正确译码，这就意味着系统仍认为MS处于附着状态。 若MS开着机，可移动到覆盖区以外的地方，即盲区，GSM系统也不知道，仍认为MS处于附着状态。此时该客户被寻呼。系统就会不断地发出寻呼消息，无效占用无线资源。 为了解决上述问题，GSM系统采取了强制登记的措施，这就是周期性登记。这样，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，只有当再次接收到正确的周期性登记信息后，将它改写成“附着”状态。 网路是通过BCCH通知MS其周期性登记的时间。,一般性位置
15、更新,一般性的位置更新是指MS在开机状态从一个位置区漫游进入另一个位置区。,位置更新信令流程图,保密措施,分配TMSI号码临时识别码的设置是为了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。IMEI识别鉴权鉴权的作用是保护网路，防止非法盗用。同时通过拒绝假冒合法客户的“ 入侵” 而保护GSM移动网路的客户。在每次登记、呼叫建立尝试、位置更新以及在补充业务的激活、去活、登记或删除之前均需要鉴权。加密,呼叫控制,与传统的有线电话不同，在移动通信中移动台被叫时，主叫方发出的被叫号码并不说明某条电话用户线或某个地理位置，而只是指向某个HL
16、R中的用户数据存储区。在前面的介绍中，MSISN号码中的移动用户号的前几位数字表示存放该用户数据的HLR，从这个HLR的用户数据中就能读出该用户目前访问的MSC。,切换,将一个正处于呼叫建立状态或忙状态的MS切换到新的业务信道上的过程。 内部切换：内部切换是指发生在同一个BSC内的切换。内部切换成功后BSC就会向MSC发一条信令（切换执行）。 小区间切换 小区内切换 外部切换：外部切换是指跨BSC的切换，有可能在一个MSC内或则跨越。外部切换需要MSC的参与,MSC内的外部切换,跨MSC的切换,短消息,所有具备电路性质的通信，如话音和数据的传输都需要业务通道的建立和释放，短消息业务是GSM系统
17、中唯一一种不需要建立端到端业务通道的业务。由于具备这个特点，即便移动台已经处于电路通信状态，还能实现短消息业务。短消息通信只限于传送一条消息，换句话说传送一条消息就是这种通信的全部工作，接收一条短消息被认为是另外一项工作。,发送短消息,接收短消息 用户开机,与短消息业务中心（SC）相连接的移动交换中心（G/IWMSC）收到SC发来的短消息后，根据消息中包含的接收用户的MSISDN号码，向接收用户所属的HLR要求有关的路由信息，HLR向G/IWMSC发送响应信息，将接收用户的当前位置发送给G/IWMSC，G/IWMSC向接收用户当前所在区域的MSC/VLR前转短消息。如果用户处于通话状态，就没有
18、“寻呼”和“寻呼响应”的过程。,接收短消息 用户开机,接收短消息 用户关机,与短消息业务中心（SC）相连接的移动交换中心（G/IWMSC）收到SC发来的短消息后，根据消息中包含的接收用户的MSISDN号码，向接收用户所属的HLR要求有关的路由信息，HLR向G/IWMSC发送响应信息，将接收用户的当前位置发送给G/IWMSC，G/IWMSC向接收用户当前所在区域的MSC/VLR前转短消息。MSC/VLR若发现该移动用户未开机，就在VLR中置位等待标识，同时向G/IWMSC发送向缺席用户指示，说明由于移动用户未开机，所以没有将短消息发送给移动用户。G/IWMSC收到消息后即向HLR发包含被叫用户M
19、SISDN号码和SC地址的“报告短消息发送状态”消息。,接收短消息 用户关机,当该移动用户出现时，VLR就向HLR发送“准备发送短消息”，HLR就向G/IWMSC发送“通知业务中心”消息，G/IWMSC通知业务中心后，就向HLR要求有关路由信息，HLR用响应消息将移动用户当前位置通知G/IWMSC，G/IWMSC即向MSC/VLR前转短消息，MSC/VLR用响应消息报告G/IWMSC，短消息已成功发送给移动用户。,接收短消息 用户关机,安全性管理,鉴权 加密,第一：防止未授权的用户接入，这是通过鉴权（即通过插入的SIM卡与移动台提供的用户标识码是否一致的安全性检查）实现的。 第二：保护用户的隐
20、私权，这是通过加密来实现的；对传输加密可以防止在无线信道上窃听通信。大多数的信令也可以用同样方法保护，以防止第三方了解被叫方是谁。 第三：防止用户IMSI被盗用，这是通过TMSI分配来实现的； 第四：防止用户手机被盗用，这是通过IMEI检查来实现的；,鉴 权,鉴权过程：1、AUC收到HLR索取三参数组的请求后，根据用户的IMSI号码，在数据表中查找到该用户的Ki，同时产生若干组RAND，并计算出相应的SRES和Kc。2、将三参数组送到HLR，当VLR向HLR索取时，HLR一次传送给VLR最多5组参数组。 3、VLR发出鉴权操作，传送一个随机数RAND给手机。 4、手机侧根据Ki和RAND，通过同样的A3算法得到响应数SRES。 5、手机将计算出的响应数SRES传送给VLR； 6、在VLR中，将手机计算出的响应数和AUC计算 出来的响应数进行比较，如果相同，此用户为合法 用户，否则，拒绝接入。,
