第四章-移动交换技术.ppt

1、第4章 移动交换技术,移动通信 ？ 指通信双方或至少一方是处于移动中进行信息交流的通信。 泛指用户接入采用无线技术的各种通信系统，它包括陆地移动通信系统、卫星移动通信系统、集群调度通信系统、无绳电话系统、无线寻呼系统、地下移动通信系统等。,基于蜂窝技术的 陆地公用移动通信系统（PLMN）,移动通信简介,陆地公用移动通信系统分类 ？ PLMN：Public Land Mobile Network 按照话音信号采用模拟还是数字方式传送 模拟移动通信系统 数字移动通信系统 按照用户接入的多址方式 频分多址（FDMA）系统 时分多址（TDMA）系统 码分多址（CDMA）系统,全球移动通信系统 GSM-

2、 Global System for Mobile Communication,移动通信技术的发展 3个主要阶段： 第一代（1G） 模拟通信系统，主要采用FDMA技术； 第二代（2G） 数字通信系统，主要采用TDMA（如GSM）和CDMA（如IS-95）技术； 第三代（3G） 主要采用CDMA（如CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA）技术，比2G可以提供更宽的频带，不仅传输话音，还能传输高速数据。 第四代（4G） 包括TD-LTE和FDD-LTE两种制式。集3G与WLAN于一体，并能够快速传输数据、高质量、音频、视频和图像等。4G能够以100Mbps以上的速度下载，比目前的家用宽带A

3、DSL（4兆）快20倍，并能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求。,本章主要内容,5.1 结构和接口 5.2 编号计划 5.3 移动交换信令系统 5.4 移动交换的处理过程,本章的基本要求,1.掌握移动通信系统的结构和主要部分的功能2.掌握移动通信系统的编号计划3.掌握移动交换信令系统的结构4.掌握位置登记与更新和MS被叫处理的流程,4.1 移动通信系统的结构和接口,4.1.1 移动通信系统的结构和主要部分的功能,一移动通信系统的基本特性,1. 移动用户的移动性，网络必须随时确定用户当前所在的位置区，以完成呼叫、接续等功能 。 2. 频率资源的有限性，因此如何提高频率资源的的利用率是发展移动通

4、信要解决的主要问题。,二 移动通信系统的结构,PLMN的功能结构,接口,功能单元,BSS,MSS,PLMN结构网络功能单元,是移动网的用户终端设备。由SIM卡与物理设备组成，二者是分离的,负责射频信号的发送和接收以及无线信号至MSC的接入，在某些系统中还可以有信道分配、蜂窝小区管理等控制功能。基站子系统（BSS）由基站控制器（BSC）和基站收/发信台（BTS）组成一般，一个基站控制一个或数个蜂窝小区（cell）。,Mobile Station,Base Station,移动台（MS）,基站（BS）,完成移动呼叫接续、过区切换控制、无线信道管理等功能，同时也是PLMN与PSTN、公共数据网（PD

5、N）、ISDN等陆地固定网的接口设备。VMSC/TMSC/GMSCMSC可从HLR、VLR和AC处获取处理用户位置登记和呼叫请求所需的全部数据。反之，MSC也根据其最新获取的信息请求更新数据库的部分数据。MSC可提供电信业务、承载业务、补充业务。,Mobile Switching Center,移动交换中心（MSC）,“归属”移动用户开户登记的电话局所属区域。HLR存储在该地区开户的所有移动用户的用户数据(用户号码、移动台类型和参数、用户业务权限等)、位置信息、路由选择信息等。移动用户的计费信息也由HLR集中管理。,归属位置登记器（HLR）,Home Location Register,VLR

6、是一个动态用户数据库，存储进入本地区的所有访问用户的相关数据。一旦移动用户离开该VLR的控制区域，则重新在另一个VLR登记，原VLR将取消临时记录的该移动用户数据。这些数据都是呼叫处理的必备数据，取自于访问用户的HLR。来访用户通常称为“漫游用户”。,来访位置登记器（VLR）,Visitor Location Register,存储移动用户合法性检验的专用数据和算法。存储着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。鉴权三参数组（随机数RAND，符号响应SRES、加密键Kc）只在数字移动通信系统中使用，通常与HLR位于一起。,鉴权中心（AUC）,Authenticatio

7、n Center,记录移动台设备号及其使用合法性等信息，供系统鉴别管理使用。存储着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。,设备识别寄存器（EIR）,Equipment Identity Register,用于网络的管理和维护,网络操作维护中心（OMC）,Operation and Maintenance Center,数字蜂窝移动通信网由移动交换子系统（MSS）、基站子系统（BSS）、操作维护中心（OMC）、移动用户设备、中继线路及其传输设备组成。 移动交换子系统（MSS）由

8、移动关口局（GMSC）、移动业务交换中心（MSC）、拜访位置寄存器（VLR）、归属位置寄存器（HLR）、用户鉴权中心（AUC）和设备识别寄存器（EIR）、短消息业务中心（SMSC）、移动业务汇接中心（TMSC）及信令转接点（STP）等组成。,4.1.2 移动通信系统的接口,Um接口： MS- -BS 无线接口，又称空中接口，该接口采用的技术决定了移动通信系统的制式。 用于移动台与GSM系统的固定部分之间的互通。 其物理链接通过无线链路实现。 传递的信息包括无线资源管理，移动性管理和接续管理等。Abis接口：基站收发信机BTS与基站控制器BSC之间的接口,A接口： BS-MSC 无线接入接口。

9、其物理链接通过采用标准的2.048Mb/s PCM数字传输链路来实现。 该接口传送有关移动呼叫处理、基站管理、移动台管理、信道管理等信息，并与Um接口互通，在MSC和MS之间互传信息。B接口： MSC-VLR MSC通过该接口向VLR传送漫游用户位置信息，并在呼叫建立时向VLR查询漫游用户的有关数据。,C接口： MSC-HLR MSC通过该接口向HLR查询被叫移动台的选路信息，以便确定呼叫路由，并在呼叫结束时向HLR发送计费信息。D接口： VLR-HLR 该接口主要用于登记器之间传送移动台的用户数据、位置信息和选路信息。,E接口： MSC-MSC 该接口主要用于越局切换。 当移动台在通信过程中

10、由某一MSC业务区进入另一MSC业务区时，两个MSC需要通过该接口交换信息，由另一MSC接管该移动台的通信控制，使移动台通信不中断。F接口： MSC-EIR MSC通过该接口向EIR查询发呼移动台设备的合法性。,G接口： VLR-VLR 当移动台由某一VLR管辖区进入另一VLR管辖区时，新老VLR通过该接口交换必要的信息。MSC与PSTN/ISDN的接口： 利用PSTN/ISDN的NNI信令建立网间话路连接。 TUP/ISUP,系统区,服务区,公用移动网,移动交换业务区,位置区,基站区,小区,Cell,BS,LAI,MSC,中国移动/中国联通,GSM/CDMA,5.1.3 移动通信系统位置信息

11、的表示方法,蜂窝小区：Cell 为PLMN的最小空间单元。 每个小区分配一组信道。 小区半径按需要划定，一般为1km至几十km范围。 半径在1km以下的称为微小区，还有更小的微微小区。 小区越小，频率重用距离越小，频谱利用率就越高，但是系统设备投资也越高，且移动用户通信中的过区切换也越频繁。 基站区： 一个基站管辖的区域。 如果采用全向天线，则一个基站区仅含一个小区，基站位于小区中央。 如果采用扇形天线，则一个基站区包含数个小区，基站位于这些小区的公共顶点上。,位置区： 可由若干个基站区组成。 移动台在同一位置区（LAI）内移动可不必进行位置登记。 移动台可任意移动不需要进行位置更新的区域。

12、位置区可由一个或若干个小区（或基站区）组成。 为了呼叫移动台，可在一个位置区内所有基站同时发寻呼信号。,移动交换业务区： 一个MSC管辖的区域。 一个MSC区可以由一个或若干个位置区组成。 公用移动网区： 是由一个公用陆地移动通信网(PLMN）提供通信业务的地理区域。湖南移动 一个公用移动网通常包含多个业务区。 服务区： 由若干个互相联网的PLMN覆盖区组成的区域。在此区域内，移动用户可以自动漫游。中国移动 系统区： 指的是同一制式的移动通信系统的覆盖区，在此区域中Um接口技术完全相同。,4.2 移动通信系统的编号计划,在移动通信系统中，由于用户的移动性，需要有4种号码对用户进行识别、跟踪和管

13、理。 移动用户的ISDN号MSDN在GSM系统中称为MSISDN （MSDNMobile Station Directory Number） 国际移动台标识号IMSI （IMSIInternational Mobile Station Identification） 国际移动台设备标识号IMEI （IMEI-International Mobile Equipment Identification） 移动台漫游号MSRN （MSRNMobile Station Roaming Number）,移动用户的ISDN号码(MSISDN),呼叫移动用户所拔的号码。 结构：国际电话字冠国家号码国内有效号

14、码 国内有效号码的结构：（我国为11位） 移动网号H0H1H2H3ABCD 13605191551 移动网号 （13/158/159）识别不同的移动系统 H0H1H2H3 标识用户所属的HLR ABCD 用户号码 MSDN采用E.164编码方式，存储在HLR和VLR中,国际移动用户识别码IMSI,唯一的识别一个移动用户的国际通用号码，为一个15位数字的号码， 移动用户以此号码发出入网请求或位置登记，移动网据此查询用户数据此号码也是HLR、VLR的主要检索参数。 CCITT规定IMSI的结构为： 我国15位，国际规定最大15位 MCCMNCMSIN MCC：国家码3位 由CCITT统一分配，我国

15、为460； MNC：移动网号2位 00：中国移动、01：中国联通； MSIN：网内移动台号，采用等长10位数字编号格式。 IMSI采用E.212编码方式，存储在SIM卡、HLR和VLR中，在无线接口及MAP接口上传送。,移动用户漫游号码MSRN,系统赋给来访用户的一个临时号码。 作用：供移动交换机路由选择使用。当移动台漫游进入其它地区接受来话呼叫时，该地区的移动系统（MSV/VLR）必需根据当地编号计划赋予它一个MSRN，经由HLR告之MSC，MSC据此才能建立至该用户的路由。 MSRN由被访地区的VLR动态分配，它是系统预留的号码，一般不向用户公开，用户拨打MSRN号码将被拒绝。,国际移动台

16、设备标识号IMEI,这是唯一标识移动台设备的号码，又称移动台串号。 该号码由制造厂家永久性地置入移动台，用户和电信部门均不能改变，其作用是防止有人使用非法的移动台进行呼叫。 根据需要，MSC可以发指令要求所有的移动台在发送IMSI的同时发送其IMEI，如果发现两者不匹配，则确定该移动台非法，应禁止使用。 在EIR中建有一张“非法IMEI号码表”，俗称“黑表”，用以禁止被盗移动台的使用。EIR也可设置在MSC中。 CCITT建议IMEI的最大长度为15位。其中，设备型号占6位，制造厂商占2位，设备序号占6位，另有1位保留。我国数字移动网即采用此结构。,临时移动用户识别码TMSI,为了对IMSI保

17、密，VLR可给来访移动用户分配一个唯一的TMSI号码，它仅在本地使用，为一个4字节的BCD编码。由各个VLR自行分配。,位置区识别码LAI,位置区由若干个基站区组成，当移动台在同一位置区内时可不必向系统进行强迫位置登记。当呼叫某一移动用户时，只需在该移动台当前所在的位置区下属的各小区中寻呼即可。 位置区识别码LAI由三部分组成： 移动国家号MCC移动网号MNCLAC其中MCC、MNC与国际移动用户识别码（IMSI）中的编码相同，LAC为2字节16进制的BCD码，表示为L1L2L3L4。其中L1L2全国统一分配，L1L2L3L4全为0的编号不用。L3L4由各省分配。,MSC/VLR 号码,用于在

18、七号信令消息中识别MSC/VLR的号码规定为13S M0 M1M2M3，其中M0M1M2M3的数值与H0H1H2H3相同。,HLR号码,在7信号消息中用来对HLR寻址的号码，HLR的号码规定为13S H0H1H2H30000。,切换号码HON,当进行移动局间切换时，为选择路由，由目标MSC(即切换要转到的MSC)临时分配给移动用户的一个号码。切换号码HON 的结构与漫游号码MSRN 的结构类似。,4.3 移动交换信令系统,4.3.1 移动交换信令系统的结构,UM接口,A-BIS接口,A接口,4.3.2 Um空中接口,物理层（第一层） 数据链路层（第二层） 信令层（第三层）,物理层,LAPDm,

19、RR,MM,CM,L1,L2,L3,通信管理层,移动性和安全性管理层,无线资源管理层,Um接口实现了MS到GSM系统固定部分的物理连接。,1、物理层(第一层),GSM系统将无线信道分为两类，物理信道和逻辑信道，逻辑信道分为： 业务信道（TCH） 用于传送用户信息，包括话音或数据 控制信道（CCH） 用于传送信令消息，又称为信令信道4类控制信道： 广播信道（BCH）：下行信道，BSMS 公共控制信道（CCCH） ：为系统内移动台所共用 专用控制信道（DCCH）：使用时由基站将其分给移动台，进行移动台与基站之间的信号传输。 随路控制信道（ACCH）：和别的信道一起使用,广播信道（BCH）,下行信道

20、，BSMS 广播信道供基站发送单向广播信息，使移动台与网络同步。共有3种广播信道： 广播控制信道（BCCH）： 用于向移动台发送识别和接入网络所需的系统参数。 例如：位置区标识码（LAI）、移动网络标识码（MNC）、邻接小区基准频率、接入参数等。 频率校正信道（FCCH）： 用于向移动台提供系统的基准频率信号，以使移动台校正其工作频率。 同步信道（SCH）： 向移动台传送同步训练序列，供其捕获与基站的起始同步； 同时广播基站识别号码，以使移动台识别相邻的同频基站。,公共控制信道（CCCH）,系统内移动台共用 公共控制信道用于系统寻呼和移动台接入。 共有三种公共控制信道： 寻呼信道（PCH）：下

21、行信道，BSMS 用于寻呼被叫的移动台。 随机接入信道（RACH）：上行信道，MSBS 移动台向系统申请入网信道。（移动台随机提出入网申请，即请求分配一个SDCCH（独立专用控制信道）。 包含呼叫时移动台向基站发送的第一个消息。 接入准许信道（AGCH）：下行信道，BSMS 用于基站对移动台的入网请求做出应答，即分配一个SDCCH （独立专用控制信道）或直接分配一个TCH（业务信道）。,专用控制信道（DCCH） 随路控制信道（ACCH）,这些信道用于在网络和移动台间传送网络消息以及无线设备间传送低层信令消息。 网络消息：主要用于呼叫控制和用户位置登记 低层信令消息：主要用于信道维护具体包括以下

22、3种信道 独立专用控制信道（SDCCH） 慢速随路控制信道（SACCH） 快速随路控制信道（FACCH）,独立专用控制信道（SDCCH）,基站和移动台间的双向信道，用于传送呼叫控制和位置登记信令信息。 所谓“独立专用”指的是该信道单独占用一个物理信道，即某个波道中的某个时隙，不和任何TCH共用物理信道，犹如七号信令中的公共信令信道一样。 它的管理和TCH一样，在信令交换过程中可以进行信道切换。,慢速随路控制信道（SACCH）,该信道总是和TCH或SDCCH一起使用的。 只要基站分配了一个TCH或SDCCH，就一定同时分配一个对应的SACCH，它和TCH（SDCCH）位于同一物理信道中，以时分复

23、用方式插入要传送的信息。（即在传送用户信息期间带传某些特定信息，例如无线传输的测量报告） SACCH用于信道维护。 在下行方向，基站向移动台发送一些主要的系统参数，使移动台随时知道系统的最新变化。这些参数和BCCH发送的数据类拟，另外再加上一些调整时间提前量或功率电平的控制参数。 在上行方向，移动台向网络报告邻接小区的测量值，供网络进行切换时判决使用，同时还向网络报告它当前使用的时间提前量和功率电平。,快速随路控制信道（FACCH）,该信道传送的信息和SDCCH相同，差别在于SDCCH是独立的信道，而FACCH是寄生于TCH中的，故称之为“随路”。 用途：在呼叫进行过程中快速发送一些长的信令消

24、息。 例如，在通话中移动台越区进入另一小区需要立即和网络交换一些信令消息，如果通过SACCH传送，因为每26帧才能插入一帧SACCH，速度太慢，所以就“偷用”TCH信道来传送此消息，被偷用的TCH就称之为FACCH。一次偷用至少4帧，这是交织编码的需要。 这种信令传送方式称之为“中断突发”方式，它必须暂时中断用户信息的传送。 为了减小对话音质量的影响，GSM系统采用了数字信号处理技术来估计因为插入FACCH而被删除的话音信号，在接收输出端予以恢复。,GSM系统逻辑信道,逻辑信道类型,逻辑 信道,控制信道 CCH,业务信道 TCH,专用控 制信道 DCCH,随路控 制信道 ACCH,独立专用 控

25、制信道 SDCCH,公共控 制信道 CCCH,广播信道 BCH,FCCH /BCCH1,SCH /BCCH2,BCCH /BCCH3,下行线,下行线,上行线,PCH,AGCH,RACH,SACCH,FACCH,下行/上行线,GSM系统逻辑信道,为了节省无线资源，信道按一定方式构成组合信道，每个组合信道占用一个物理信道。 常用的三种组合信道： TCH+FACCH+SACCH BCH+CCCH SDCCH+SACCH,2、数据链路层（第二层）,第二层协议称为LAPDm，主要目的是在移动台和基站之间建立可靠的专用数据链路。 LAPDm是在ISDN的LAPD协议基础上作少量修改形成的。主要不同之处在于

26、取消帧定界标志（Flag）和帧校验序列（FCS），因为其功能已由TDMA系统的定位和信道纠错编码完成。 此外还定义了多种简缩的帧格式用于各种特定的情况。,LAPD协议,LAPDm定义的5种帧格式,格式B是最基本的一种帧，和LAPD帧基本相同。 地址字段：增设一个业务接入点标识SAPI=3，表示是短消息。SAPI=0的帧优先级高于SAPI=3的帧。 控制字段：定义了两类帧： I 帧：用于专用控制信道（SDCCH、SACCH、FACCH） UI帧：用于除RACH外的所有控制信道。（BCCH FCCH SCH PCH AGCH）,帧格式A对应U帧和S帧,LAPDm的帧格式,帧格式A和B用于AGCH、

27、PCH和BCCH信道。 这些下行信道的信息自动重复发送，无需证实，因此不需要控制字段； 所有移动台都要收听这些信道，因此不需要地址字段。 B传送UI帧，A纯粹起填充作用。 帧格式C仅一个字节，专门用于RACH。实际上它并不是LAPDm帧，只是由于接入消息的信息量少，所以就赋予一个最简化的结构。,3、信令层（第三层）,第三层是收发和处理信令消息的实体，包括三个功能子层： 无线资源管理（RR） 移动性管理（MM） 连接管理（CM）,RR,MM,CM,L3,无线资源管理（RR） 作用：对无线信道进行分配、释放、切换、性能监视和控制。 共定义了八个信令过程。 移动性管理（MM） 作用：完成移动台位置更

28、新过程 定义了7个过程：移动用户位置更新、定期更新、鉴权、开机接入、关机退出、TMSI重新分配、设备识别 连接管理（CM） 作用：负责呼叫控制，包括补充业务和SMS（短消息）的控制。 由于有MM子层的屏蔽，CM子层已感觉不到用户的移动性。 其控制机理继承ISDN，包括去话建立、来话建立、呼叫中改变传输模式、MM连接中断后呼叫重建和DTMF传送等五个信令过程。,4.3.3 A-bis接口信令,GSM系统将基站系统(BSS)进一步分解为基站收发信系统（BTS）和基站控制器（BSC）两部分，它们之间的接口称为A-bis。 一个BSC可以控制分布于不同地点的多个BTS，对于小型基站系统也可以合二为一。

29、,BTS,BTS,BTS,BSC,MSC,A-bis,A,A-bis接口信令也是三层结构。 A-bis接口信令第二层采用LAPD协议； A-bis接口信令第三层有三个实体： 业务管理过程：GSM标准定义 SAPI=0 对应的第二层逻辑链路称为RSL(无线信令链路) 网络管理过程：尚未标准化 SAPI=62 对应的第二层逻辑链路称为OML(操作和管理链路) 第二层管理过程：LAPD定义 SAPI=63 对应的第二层逻辑链路称为L2ML(第二层管理链路),GSM规范将BTS的管理对象分为四类，它们是：无线链路层、专用信道、控制信道和收发信机，相应定义了四个管理子过程。 无线链路层管理过程 负责无线

30、通路数据链路层的建立和释放以及透明消息的转发； 专用信道管理过程 负责TCH、SDCCH和SACCH的激活、释放、性能参数和操作方式控制以及测量报告等； 控制信道管理过程 负责不透明消息转发及公共控制信道的负荷控制； 收发信机管理过程 负责收发信机流量控制和状态报告等。,4.3.4 A接口信令,GSM规范将A接口分为三层结构，即 第一层：物理层（MTP-1：64kbit/s链路） 第二层： MTP2/3+SCCP，负责消息的可靠传送； 第三层：应用层,DTAP,BSSMAP,分配功能,BSS OMAP,SCCP,MTP（-2、3）,DTAP,BSSMAP,分配功能,BSS OMAP,SCCP,

31、MTP（-2、3）,物理层,SCCP,MTP(-2,3),A 接口,BSS,NSS,MTP-3的使用：主要用其信令消息处理（SMH）功能。 由于有许多和电路无关的管理消息，因此采用SCCP，但其全局名翻译功能基本不用。 SCCP的使用：主要采用类别1和类别2。 类别1（无连接服务功能） 适用于整个基站系统、和特定事务无关的全局消息 类别2（面向连接服务） 传送某一特定事务(如呼叫)的消息序列和操作维护消息序列。 SCCP的子系统号（SSN）可识别多个第三层应用实体。,第三层包括三个应用实体： BSS操作维护应用部分（BSSOMAP）： 用于和MSC及网管中心（OMC）交换维护管理信息。 与OM

32、C间的消息传送也可采用X.25协议。 直接传送应用部分（DTAP）： 用于透明传送MSC和MS间的消息，这些消息主要是CM和MM协议消息。RR协议消息终接于BSS，不再发往MSC。 BSS管理应用部分（BSSMAP）： 用于对BSS的资源使用、调配和负荷进行控制和监视。消息的源点和终点为BSS和MSC，消息均和RR相关。 某些BSSMAP过程将直接引发RR消息，反之，RR消息也可能触发某些BSSMAP过程。 GSM标准共定义了十八个BSSMAP信令过程。 BSSMAP和DTAP合称为基站系统应用部分（BSSAP）。,4.3.5 移动应用部分MAP,网络接口包括接口BG，其信令的传送采用的是七号

33、信令方式。 E接口：关于话路接续时 TUP/ISUP协议/随路信令 MSC和PSTN/ISDN之间：TUP/ISUP/随路信令 B、C、D、E、F、G接口的应用层协议：移动应用部分（MAP）,MAP由SCCP和TCAP支持。 MAP的主要功能： 支持移动用户漫游、切换和网络的安全保密，实现全球联网。 为此，需要在MSC和HLR、VLR、EIR等网络数据库之间频繁地交换数据和指令，这些信息都与电路连接无关，最适于采用七层结构的七号信令方式传送。 MAP协议共定义了十个信令过程。P202,MAP信令规程,移动通信应用部分有以下几类信令过程：位置登记和删除；补充业务的处理；呼叫建立期间用户参数的检索

34、；频道切换(转换)；用户管理； 操作和维护；国际移动设备识别管理；支持短消息业务； 鉴权。,4.4 移动交换的处理过程,GSM(全球移动通信系统)，是由欧洲电信标准化研究所（ETSI）下的特别小组开发并成功运用。 我国GSM通信系统一般采用900MHz频段。上行信道频率为905915MHz，下行信道频率为950960MHz。 频道号为76124。 1800MHz频段，上行信道频率为17101785MHz，下行信道频率为18051880MHz。频道号为512562。 GSM相邻两频道间隔为200kHz，每个频道采用时分多址接入（TDMA）方式，分为8个时隙，即8个信道，每个信道带宽为25kHz。

35、 频道号为76124, 共10M带宽。 中国移动公司：905909MH（上行），950954MHz（下行），共4M带宽，20个频道，频道号为7695。 中国联通公司：909915MH（上行），954960MHz（下行），共6M带宽，29个频道，频道号为96124。,移动呼叫处理的特点,1. 用户数据集中管理 由用户归属的HLR集中管理移动用户的用户数据，HLR中主要存储两类信息： 移动用户的用户数据 移动用户目前所处位置 2. 位置登记与更新 当用户的位置发生改变时，须将用户当前所在的位置报告给系统。 3. 移动用户接入处理 对于MS始发呼叫，不存在用户线扫描、拨号音发送和收号等处理过程，MS

36、接入和发号通过无线接口信令完成，交换机的功能主要是检查MS的合法性及其呼叫权限。对于MS来话呼叫，则要执行寻呼过程。,4信道分配 由于无线接口的频率资源有限，移动用户并没有固定的业务信道和信令信道，而是在通信时由交换机按需给MS分配业务信道和必要的信令信道。 5路由选择由于移动用户的位置是经常发生变化的，所以当移动用户为被叫时始发MSC要向被叫用户归属的HLR查询用户的当前位置，再由被叫用户归属的HLR向被叫当前所在的VLR要求为该次呼叫分配漫游号码，始发MSC通过漫游号码来选择路由 6切换这是移动交换区别于一般交换机的重要特点，它要求交换机在用户进入通信阶段后继续监视业务信道质量，必要时进行

37、切换以保证通信连续性。,呼叫处理的一般过程,与固定交换机中的呼叫处理不同，由于无线接口的频率资源有限，移动用户并没有固定的业务信道和信令信道，而是在通信时由交换机按需给MS分配业务信道和必要的信令信道。移动通信系统的通信一般包括接入阶段鉴权加密阶段（如果需要）完成业务（位置更新、呼叫、发送短消息等）阶段释放连接阶段。,接入阶段的一般处理过程,流程说明：信道请求：MS-BTS-BSC 信道激活：BSC-BTS 信道激活响应：BTS-BSC 立即指配：BSC-MS SABM帧：MS-BTS UA帧应答：BTS-MS RR连接SCCP连接,鉴权与加密,鉴权的目的是确定用户身份的合法性，保证只有有权用

38、户才可以访问网络。 加密的目的是保护用户的隐私，防止在无线信道上窃听通信信息。 用户鉴权： 用户标识模块（SIM） 鉴权中心（AUC） 用户鉴权过程,1用户标识模块(SIM),SIM：用来存储和移动用户有关的信息 基本数据（固化）：IMSI、Ki、 A3 、 A8 、A5 Ki：鉴权密钥，每个用户都不一样 A3：鉴权算法（是统一的） A8：数据加密密钥生成算法 A5：加密算法 临时数据：TMSI、LAI、Kc LAI：位置区标识 Kc：由A8计算得到的数据加密密钥 和用户业务有关的数据： 缩位号码表 终端配置参数 呼出限制 固定电话号码表 要发送的短消息,SIM卡密码：为了SIM卡本身的使用安

39、全，用户可设置48位数字的密码即个人用户识别码（PIN- Personal identification number），如果使用者连续3次键入密码出错，SIM就自动锁定，其后必须用个人解锁密钥才能使SIM解锁。,1 鉴权中心AUC,AUC中存储的数据： 用于生成随机数(RAND)的随机数发生器 Ki 各种安全算法（A3、A8），这些安全算法和 SIM卡中的算法相一致。 AUC的基本功能是产生三参数组（RAND、SRES、Kc），其中： RAND由随机数发生器产生； SRES（数字签名SRES- Signed RESponse）由RAND和Ki由A3算法得出； Kc由RAND和Ki用A8算出。

40、 三参数组产生后存于HLR中。当需要鉴权时，由MS所在服务区的MSC/VLR从HLR中装载至少一套三参数组为此MS服务。 具体到某次鉴权时， 如果此时VLR中还有该MS的三参组，则HLR不参与鉴权过程，VLR直接向MS下发鉴权命令； 如果VLR中已经没有该MS 的三参组，则需首先向HLR取三参组。,3用户鉴权过程,用户鉴权由AC、VLR和用户配合完成。 当用户起呼或进行位置更新登记时，MSC向需被鉴权用户发送一个随机数RAND，用户的SIM卡以(RAND,Ki)为输入参数执行鉴权算法A3，得到计算结果即数字签名SRES- Signed RESponse）回送MSC，MSC将此结果和暂存器中存储

41、的预先算好的结果比较，如果两者相符，就表示鉴权成功。,数据加密,数据加密用于信令和重要的用户通信信息的保密传送，用户信息是否需要加密可在呼叫建立时由信令指明。 加密算法： 数字系统加密有许多成熟的算法。 GSM采用可逆算法A5加密，即发送端用A5算法加密，接收端也用A5算法解密。 密钥： GSM系统加密还需要一个用户特定的密钥Kc。 该密钥是在鉴权过程中根据同一随机数和Ki用算法A8计算得到的 考虑到数据加密，VLR中存储的用户保密数据共有3个，即RAND、SRES、Kc。 鉴权时，RAND送经用户；鉴权成功后，Kc送往基站。,位置登记与更新,移动通信系统与固定电话系统的一个主要不同之处就是移

42、动台MS的位置是在不断变化的，为了与系统保持联系，MS就需要不断地向系统报告自己当前的位置。 GSM网络被划分为不同的位置区，位置区由位置区识别码LAI标识，每个小区的广播信道广播的系统消息中，都包含该小区所属的位置区识别码LAI，每个MS当前所在的位置区的LAI被保存在MS的SIM卡和该MS位于的VLR中。,MS进行位置更新的时间,MS进入了新的位置区，发现当前小区广播信道广播的系统消息中包含的位置区识别码LAI与SIM卡中保存的LAI不一致时系统定义的周期性位置更新,位置更新的两种情况,在GSM系统中有三个地方需要知道位置信息：HLR、VLR和MS（SIM卡），在MS的位置发生变化时需要保

43、持三者的一致性，在VLR和SIM卡中保存的位置信息是MS当前所在的位置区识别码LAI，在MS归属的HLR中保存的位置信息是MS当前所在的VLR号码。同一MSC/VLR区不同的LAI的位置更新，只需更新VLR和MS（SIM卡）中的位置信息不同MSC/VLR区不同的LAI的位置更新，需更新HLR、VLR和MS（SIM卡）中的位置信息。,仅涉及VLR与HLR的位置登记和删除过程,在位置更新过程中，如果移动用户(MS)用其识别码(IMSI)来标识自身时，其位置更新过程只涉及用户新进入区域的MSCVLR及用户注册所在地的HLR。,MS新进入的位置的VLR,MS原来登记位置的VLR,用户注册所在地的HLR

44、,涉及到前一个VLR的位置更新,当MS从MSC/VLRB管辖的区域进入MSC/VLRA管辖的区域，在位置登记时用MSC/VLRB分配给它的临时号码TMSI来标识自己时的位置更新/删除过程,经过位置更新过程后，管辖MS当前所在区域的VLR中已存放了该用户主要的用户数据，MS注册的HLR中也已存放了该用户的位置信息。MS原来登记位置的VLR已删除该用户的用户数据。,MS主叫处理流程,MS被叫处理流程,MS被叫处理流程比手机做主叫流程要复杂，由于移动网络中手机位置的移动性，当呼叫发起时，系统并不知道被叫手机当时所处的具体位置。因此首先要查询被叫手机的位置，然后在被叫手机所在的位置区寻呼。手机为被叫时

45、主要包括两个流程：查询被叫手机的位置的过程；寻找到手机之后的接续过程。,查询被叫手机的位置的过程,被叫接续过程,切换,处于通话状态的移动用户从一个BSS小区移动到另一个小区时，需要进行切换，以保持移动用户已经建立的通话不被中断。切换一般在下述三种情况下要进行切换： (1)通话过程中MS从一个基站覆盖区移动到另一个基站覆盖区。(2)由于外界干扰而造成通话质量下降时，必须改变原有的话音信道而转接到一条新的空闲话音信道上去，以继续保持通话。(3)MS在两个小区覆盖重叠区进行通话，已占用TCH的这个小区业务特别忙，这时BSC通知MS测试它邻近小区的信号强度、信道质量，决定将它切换到另一个小区，这就是业

46、务平衡所需要的切换。,不同MSC之间切换的信令流程,短消息处理流程,短消息业务是一项新的移动增值业务，短消息业务（SHORT MESSAGE SERVICE：SMS）提供在移动通信网络中移动用户和移动用户之间发送长度较短的信息。短消息业务功能是一种类似于传呼机的业务功能，但是它具有寻呼网络无法具备的优点：即保证消息到达和双向寻呼功能。短消息能通过移动通信系统的信令信道实现消息传送，具有节省无线资源，传输迅速和价格低廉等特点。,与短消息处理有关的网络结构图,短消息中心的主要功能是接收、存储和转发用户的短消息。,发送短消息的流程,手机将短信发送给MSC， MSC根据短信中携带的短消息中心的标识号，将短信提交给IWMSC，由IWMSC提交短信中心。短信中心成功收到短消息后，给出传送成功的确认消息，并由MSC转发给MS。,接收短消息流程,与短消息中心SMC相连接的移动交换中心SMC-GMSC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，向接收用户所属的归属位置中心HLR要求有关的路由信息(Send Routing Info For SM)，HLRA向SMC-GMSC发送响应信息，将接收用户的当前位置发送给SMC-GMSC，SMC-GMSC向移动用户当前所在区域的MSC发送短消息(Forward short Message)，然后由MSC将短消息发送给手机。,