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1、2.1 GSM数字蜂窝移动通信系统,2.1.6 GSM移动通信网络的管理 GSM移动通信网络是一个先进、复杂的数字蜂窝移动通信网络，在移动通信网络中实现移动用户之间或者移动用户与市话用户之间通信时，需要对网络中的各种设备进行控制和管理，主要包括移动性管理、安全管理等。,上一页,下一页,返回,2.1 GSM数字蜂窝移动通信系统,1.移动性管理 GSM移动通信网络是一个全球性的通信网络一个GSM移动用户，不管他处在哪一个国家，以及在某一个国家的哪一个地方，都能获得通信服务。对于GSM移动通信网络，各个国家有各自的GSM移动通信网。有的一个国家有几个GSM移动网;每个GSM移动网又分为若干个移动业务
2、服务区。我国的GSM网就有中国移动GSM网和联通GSM网，这两个网中每一个省、市、自治区各自有一个GSM服务区。在每一个GSM服务区中有不少于一个的归属位置寄存器HLR、移动交换中心/访问位置寄存器MSC/VLR、大量的基站控制器BSC及众多的基站B TS。,上一页,下一页,返回,2.1 GSM数字蜂窝移动通信系统,每个移动用户的数据都存放在他的归属位置寄存器HLR中，由于移动用户的移动性，它可以在世界各地或国内的各个地方到处移动，而不像固定用户，永远与某一个交换机的一个用户端口相连。因此，网络为了有效地向用户传递寻呼信息时找到该用户，网络必须准确地、连续不断地了解移动用户的所在位置。而移动用
3、户有时处于开机不通话状态(空闲状态)，有时处于通话状态。我们把移动用户空闲状态时网络了解其移动位置的过程称为位置更新;而把移动用户通话状态时网络了解其移动位置的过程称为越区切换。 GSM移动通信网络对移动用户定位的方法是采用获悉位置区识别码(LAI )。就是让空闲状态的移动台不断地向网络报告其位置区信息，如果网络知道了用户的位置区的话，也就知道了用户的近似位置。,上一页,下一页,返回,2.1 GSM数字蜂窝移动通信系统,(1)位置更新 GSM系统的位置更新包括三个方面:入网位置更新、移动位置更新和周期性位置更新。 移动用户的入网位置更新。当移动台首次入网(第一次开机)时，由于在其SIM卡中没有
4、位置区(LAI )标志信息，入网位置更新过程如图2-22所示。,上一页,下一页,返回,图2-22 入网位置更新流程,2.1 GSM数字蜂窝移动通信系统,移动台通过基站分系统(BSS)向移动交换中心(MSC)发送位置更新请求信息，通知GSM网络这是此位置区的一个新用户。 MSC根据该用户发送的IMSI信息，向该用户的HLR发送更新位置请求。 HLR通过和该移动台购机时所保存的信息参数比对，一致后向MSC回送位置更新接受信息。 MSC在访问位置寄存器(VLR)对该移动台的IMSI上作“附着”标志。 通过BSS向移动台发位置更新证实信息，MS的SIM卡记录此位置区的识别码。,上一页,下一页,返回,2
5、.1 GSM数字蜂窝移动通信系统,当移动用户非首次入网(关机后又开机)时，当MS接收到的LAI与它的SIM卡中原来存储的LAI发现不一致，登记过程如图2-23所示。 移动台也立即向MSC/VLR发送位置更新请求。 MSC要判断原有的LAI是否是自己的服务区，如判断为肯定，MSC只需将该用户的SIM卡原来的LAI码改成新的LAI码，并在该用户对应的IMSI上作“附着”标志;如判断为否定，MSC需根据该用户IMSI中的H0“ H1” H2“ H3信息，向该用户的HLR发送位置更新请求。下面的过程与第一次登记的3, 4, 5步骤一样。 若MS关机又开机时，所接收到的LAI与它的SIM卡中原来储存的L
6、AI相一致，MSC只对该用户作“附着”标志。,上一页,下一页,返回,图2-23 非第一次登记流程,2.1 GSM数字蜂窝移动通信系统,移动用户的移动位置更新。当移动用户在通信过程中从一个网络服务区移动到另外一个服务区时，移动台的位置发生了变化，那么系统必须对移动台的位置进行跟踪，才能保持通信。,上一页,下一页,返回,2.1 GSM数字蜂窝移动通信系统,通常移动用户处于开机空闲状态时，它被锁定在所在小区的BCCH载频上，随时接收网络端发来的信息。在这个信息中包括了移动用户当前所在小区的位置识别信息。为了确定自己的所在位置，移动台要将这个位置识别信息LAI存储SIM卡中。当移动台移动过程中再次接收
7、到网络端发来的位置识别信息ID时，它要将接收到的LAI与原来存储的LAI进行比较。若两个LAI相同则表示移动台还在原来的位置区域内;若两个LAI不同则表示移动台发生了位置移动，此时移动台要向网络发出位置更新请求信息。网络端接收到请求信息后便将移动台注册到一个新的位置区域，即新的VLR区域。同时用户的HLR要与新的VLR交换数据得到移动用户新的位置信息，并通知移动台所属的原先的VLR删除用户的有关信息。这一位置更新过程如图2-24所示。,上一页,下一页,返回,图2-24 位置更新流程,2.1 GSM数字蜂窝移动通信系统,移动用户的周期位置更新。周期位置更新发生在当网络在特定的时间内，没有收到来自
8、移动台任何信息。比如，在某些特定条件下由于无线链路质量很差，网络无法接收移动台的正确消息，而此时移动台还处于开机状态并接收网络发来的消息，在这种情况下网络无法知道移动台所处的状态。为了解决这一问题，系统采取了强制登记措施如系统要求移动用户在一特定时间内，例如每30 min登记一次。这种位置登记过程就叫做周期位置更新。,上一页,下一页,返回,2.1 GSM数字蜂窝移动通信系统,周期位置更新是由一个在移动台内的定时器控制的，其定时器的定时值由网络在BCCH上通知移动用户。当定时值到时，移动台便向网络发送位置更新请求消息启动周期位置更新过程。如果在这个特定时间内网络还接收不到某移动用户的周期位置更新
9、消息，则网络认为移动台已不在服务区内或移动台电池耗尽，这时网络对该用户做去“附着”处理。周期位置更新过程只有证实消息，移动台只有接收到证实消息才会停止向网络发送周期位置更新请求消息。,上一页,下一页,返回,2.1 GSM数字蜂窝移动通信系统,(2)越区切换 当移动用户离开基站较远，无线传输质量逐渐下降。这时，系统就需要将移动用户由原基站的业务信道转换到新的基站的业务信道。那么系统是如何知道何时移动用户需要切换呢?它是通过BSC不断接收移动台在通话的同时向它报告的MS周围小区BTS的BCCH载频信号强度以及通话业务信道的强度是否低于规定的值来做出切换的决定。 通话中的移动台从一个小区移动到另外一
10、个小区这个小区有可能是同一BCS管辖下的小区；也有可能是同一业务区不同BSC管辖下的另一小区；还可能是不同业务区中的另一小区。根据这三种情况要进行不同的操作，其示意图如图2-25所示。,上一页,下一页,返回,图2-25 不同切换的示意图,2.1 GSM数字蜂窝移动通信系统,BSC内的切换。当MS由A点移动到B点时，此时BSC1对MS报告的测量结果经过分析后得知MS所到的小区仍属于BSC1管辖，BSC1与新小区建立链路，并在新小区分配一个TCH供MS切换到此小区使用，切换成功后，MS继续测量周围小区的信号强度，同时接收BSC1的有关信息。 相同MSC/VLR、不同BSC的切换。当移动台从B点移动
11、到C点时，MS已跨越了两个BSC,即从BSC1到BSC2。此时BSC1对MS报告的测量结果经过分析后得知MS所到的小区属BSC2管辖，做出切换判决，BSC1向MSC发出切换请求。MSC与BSC2建立新的链路，保留新小区内空闲TCH供给移动用户切换后使用。然后命令移动用户切换到新频率的新业务信道上，切换成功后，MS继续测量周围小区的信号强度，同时接收BSC2的有关信息。位置区发生变化时，它还要进行位置更新。,上一页,下一页,返回,2.1 GSM数字蜂窝移动通信系统,不同MSC/VLR间的切换。当移动台从C点移动到D点时，MS移动了两个移动交换中心管辖的区域。此时BSC2对MS报告的测量结果经过分
12、析后得知MS所到的小区已不属BSC2管辖，向MSC1/VLR做出切换请求，MSC1经过分析后向MSC2发送切换请求，MSC2负责建立与新的BSC2的链路连接，在两个交换机的链路连接好后，由MSC1向MS发送切换命令。,上一页,下一页,返回,2.1 GSM数字蜂窝移动通信系统,(3)呼叫接续过程 移动台的被呼过程。这里以北京固定用户A呼叫上海移动用户B为例来说明移动台的被呼过程如图2-26所示。 固定用户A通过本地交换机将移动用户B的电话号码。(MSISDN)送到GSM网的入口交换机(GMSC) , GMSC分析此号码后知悉是上海的某用户，立即把MSISDN发到上海GSM网络的HLR，请求查询用
13、户B现在哪里?,上一页,下一页,返回,图2-26 移动用户被呼叫时呼叫建立过程,2.1 GSM数字蜂窝移动通信系统,HLR将用户B的电话号码(MSISDN)转换为用户识别码(IMSI)，查询用户B目前所在的业务区MSC(如他已漫游到广州)，向该区VLR发被呼叫的IMSI，请求VLR分配给被叫用户一个漫游号码(MSRN); VLR把分配给被叫用户的漫游号码(MSRN)送回给HLR，由HLR再送给GMSC 。 GMSC有了MSRN，就可以把人局呼叫接到用户B所在的MSC(北京-广州)。 用户B所在的MSC将寻呼消息通过BSS发送给所有守候等闲的移动台。守候等闲的移动台接收到寻呼消息后，经过译码如果
14、发现是自己的IMSI，发送应答响应。MSC得到应答响应后开始向移动用户B发送振铃信号。移动用户B取机应答，最终进入通话。,上一页,下一页,返回,2.1 GSM数字蜂窝移动通信系统,移动台的始呼过程。若某移动台MS处于开机空闲状态，当移动用户拨好想要通话用户的电话号码，并按下发送键后，网络就开始运行相应的接续程序。 移动台通过BSS向移动交换中心(MSC)发送拨号号码接入请求信息，MSC查询网络是否繁忙，如不忙，向MS回送同意接入请求;否则不同意。 MSC分析移动台送来的电话号码，并根据号码连通被呼叫方所在的MSC或PSTN并将链路已连好的信息告知MS。同时向被呼叫方发送振铃信号。 MS等待被呼
15、叫方取机应答，最终进入通话。,上一页,下一页,返回,2.1 GSM数字蜂窝移动通信系统,2.安全性管理 由于空中接口极易受到侵犯，GSM网络为了保证通信安全，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。其主要是在下列部分加强了保护:接入网络方面采用了对用户鉴权;无线路径上采用对通信信息加密;对移动设备采用设备识别;对用户识别码用临时识别码保护;SIM卡用PIN码保护。,上一页,下一页,返回,2.1 GSM数字蜂窝移动通信系统,(1)鉴权 鉴权的作用是保护网络，防止非法盗用。同时通过拒绝假冒合法用户的“入侵”而保护GSM移动网络的用户。当移动用户开机请求
16、接入网络时，移动交换中心/访问位置寄存器( MSC/VLR)通过控制信道将鉴权与加密参数组的一个参数传送给用户，用户SIM卡收到这个参数后，用此参数与SIM卡存储的用户鉴权，经同样的加密算法得出一个响应参数，传送给移动交换中心/访问位置寄存器(MSC/VLR)。 MSC/VLR将收到的响应参数同鉴权与加密参数组中响应参数进行比较。由于是同一参数，同样的加密算法，因此响应参数应相同。若移动交换中心/访问位置寄存器( MSC/VLR)比较的结果就允许接入，否则为非法用户，网络拒绝为此用户服务。,上一页,下一页,返回,2.1 GSM数字蜂窝移动通信系统,在每次登记、呼叫建立尝试、位置更新以及在补允业务的激活、登记或删除之前均需要鉴权。 (2)加密 GSM系统中的加密也只是指无线链路上的加密，是指基站收发信机(BTS)与移动台(MS)之间交换用户信息和用户参数时不被非法个人或团体获得或监听。在移动台(MS) ,运用加密算法，对用户信息数据流进行加密，在无线链路上传送。在基站收、发信机( BTS )，把从无线链路上收到加密信息数据流，经过解密算法后，传送
