《移动通信原理》课程-第16章幻灯片

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1、 建立移动通信网络的目的: 配合物理层在用户移动的前提下完成移动通信业务，满足用户的QoS要求。 网络运行大致可以分为以下五个部分： 移动网络的主要业务类型， 通信的建立过程:呼叫与接续， 移动性管理：移动中的通信，包括位置登记、更新、越区切换和用户漫游； 无线资源管理：包含接入控制、负载控制、功率控制、资源预留、业务QoS保证及分配调度等； 安全性管理。,第十六章 移动网络运行,16.1 移动通信中的业务类型, 移动通信中开展的业务与固定网上的业务基本是类似的，也是由移动用户的需求驱动决定。 由于在客观条件上受到信道动态性和用户动态性的限制，在业务的类型、数量、速率、宽带乃至QoS要求上均比

2、固网要差一些。 业务:欧洲体系的GSM、GPRS以及WCDMA系统中的业务以及在智能网上开展的增值业务。,16.1.1 2G中的GSM业务, GSM提供的业务可以分为两类： 基本通信业务 补充通信业务。 这两类业务是独立的通信业务。 基本通信业务又根据在网络中接入位置的不同划分为: 电信业务 承载业务。,电信业务：提供包含终端设备(TE)功能在内的完善通信能力。其特点是除了包括OSI模型中1至3层属性外，还包含描述OSI参考模型中4至7层高层功能和协议的属性。 承载业务：仅提供接入点之间传输信号的能力，它仅包含OSI模型中1至3层相对应的底层属性。 补充业务：是对两类基本业务的改进和补充，它不

3、能单独向用户提供，而必须与基本业务一起提供。同一补充业务可能应用到若干个基本业务中，这大大丰富了基本业务的功能，也有利于引入智能化服务。GSM可提供8大类型的补充业务（呼叫转移、计费通知、闭锁所有出局呼叫.）。,16.1.1 2G中的GSM业务, GSM提供的主要电信业务如下： (1) 话音业务 (2) 短消息业务 (3)小区广播式短消息业务 (4)可视图文接入 (5)智能用户电报传送 (6) 传真 GSM设计的承载业务不仅可以在移动用户之间完 成数据通信，更重要的是为移动用户与PSTN、 ISDN用户提供数据通信服务，而且还能与其它陆 地公用数据网(电路型、分组型)互连互通。,16.1.2

4、2.5G中的GPRS业务, 1. GPRS可提供的业务, 接入因特网(采用PC+GPRS手机)和基于PDA的数据业务 WAP over GPRS 短消息业务, E-mail业务、Telnet登陆业务、FTP文件传输业务、 Web浏览业务 信息检索业务、信息查询、电子号码簿服务； 电子商务、电子银行、电子股票交易、信用卡确认； 电子监控； GPS自动定位跟踪业务； 集团、企业自认证与代认证业务； 网络游戏。,16.2 呼叫建立与接续,涉及呼叫基本流程，信令基本流程。,16.2.1 呼叫建立与接续的基本原理,实现各移动用户之间及移动用户与本地核心网用户之间建立正常通信,任何一个移动通信系统其网络运

5、行的主要功能是要能够支持该移动通信系统业务的正常运行。,支持呼叫处理过程,有: 呼叫建立和释放 寻呼 信道分配和释放 支持补充业务的激活、去激活及登记和删除等业务操作。,呼叫处理状态演变为功能：从移动台呼叫处理完成的功能上看，呼叫处理包含下列5个部分： 呼叫请求与建立 鉴权与加密 分配并建立信道 进行正常通信 结束通信与挂机。,图16.13给出以移动用户为主叫方的基本流程处理过程与组成元素的关系，侧重于主叫方的处理。,16.2.2 GSM系统的呼叫建立与接续,GSM中移动至移动且MS为主叫方的呼叫建立与接续的基本流程处理过程、实体、逻辑信道的关系，侧重于主叫方侧：如下图所示呼叫建立起始阶段。,

6、 下面进一步给出GSM中移动用户至本地网固定用户的呼叫 流程，在这一流程中，简化了呼叫与接续流程的具体步骤而 增加参与流程的网络实体功能部分。,作业：将呼叫建立与接续的步骤，按上图方式进行补充。并简单说明其过程。交电子版 移动用户做主叫时的信令流程： 从MS向BTS请求信道开始，到主叫用户TCH指配完成为止。主叫一般经过4个大的阶段：接入阶段，鉴权加密阶段，TCH指配阶段，取被叫用户路由信息阶段。 1）接入阶段主要包括：信道请求，信道激活，信道激活响应，立即指配，业务请求等几个步骤。经过这个阶段，手机和BTS（BSC）建立了暂时固定的关系。 2）鉴权加密阶段主要包括：鉴权请求，鉴权响应，加密模

7、式命令，加密模式完成，呼叫建立等几个步骤。经过这个阶段，主叫用户的身份已经得到了确认，网络认为主叫用户是一个合法用户，允许继续处理该呼叫。,3）TCH 指配阶段 主要包括：指配命令，指配完成。经过这个阶段，主叫用户的话音信道已经确定，如果在后面被叫接续的过程中不能接通，主叫用户可以通过话音信道听到MSC的语音提示。 4）取被叫用户路由信息阶段主要包括：向HLR请求路由信息；HLR向VLR请求漫游号码；VLR回送被叫用户的漫游号码；HLR向MSC回送被叫用户的路由信息（MSRN）。MSC收到路由信息后，对被叫用户的路由信息进行分析，可以得到被叫用户的局向。然后进行话路接续。,接入和鉴权加密阶段说

8、明(消息类型及产生)： 当用户输入被叫号码完毕按下发射按纽后，手机（以下以MS代替）将进行一系列动作。 MS将在随机接入信道（RACH）向BSS发送信道请求消息，以便申请一个专用信道（SDCCH）， BSC为其分配相应的信道，成功后，在接入允许信道(AGCH)中通过立即分配消息通知MS为其分配的专用信道， MS将在为其分配的SDCCH上发送一个层三消息-CM业务请求消息，在该消息中CM业务类型为移动发起呼叫，该消息被BSS透明的传送至MSC，,MSC收到CM业务请求消息后，通过处理接入请求消息通知VLR处理此次MS的接入业务请求；（同时，由于在BSC和MSC之间用到了SCCP有连接服务，为建立

9、SCCP连接，MSC还将向BSC回连接确认消息接续确认）；收到业务接入请求后，VLR将首先查看在数据库中该MS是否有鉴权三参组，如果有，将直接向MSC下发鉴权命令（启动鉴权）；否则，向相应的HLR/AUC请求鉴权参数（鉴权参数请求），从HLR/AUC得到三参组，然后再向MSC下发鉴权命令， MSC收到VLR发送的鉴权命令后，通过BSS向MS下发鉴权请求，在该命令中含有鉴权参数， MS收到鉴权请求后，利用SIM卡中的IMSI和鉴权算法，得出鉴权结果，通过鉴权响应消息送达MSC，,MSC将鉴权结果（鉴权响应）回送VLR，由VLR 核对MS上报的鉴权结果和从HLR取得的鉴权参数中的结果，如果二者不一

10、致，拒绝此次接入请求，此次呼叫失败；如果二者一致则鉴权通过， 鉴权通过后，VLR将首先向MSC下发加密命令（启动加密），然后通知MSC该MS此次接入请求（接受接入请求）已获通过， MSC通过BSS通知MS业务请求获得通过（CM-业务接受）， MSC向MS下发加密命令（加密模式命令），该命令内含加密模式， MS收到此命令并完成加密后，回送加密模式完成消息，到此MS完成了整个接入阶段的工作。,主叫接入阶段、鉴权阶段主要信令,鉴权与加密补在这里 原由：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。 加密：为了防止第三者窃听。 鉴权三参

11、数产生过程： 用户侧： 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唯一的Ki和IMSI，它们存储于AUC数据库和SIM(用户识别)卡中。 发起者：MSC。 鉴权中心(AUC)为鉴权与加密提供了三参数组(随机数RAND、符号响应SRES和加密密钥Kc)，,鉴权三参组产生过程：根据HLR的请求，AUC按下列步骤产生一个三参数组，见下图。 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通过A8计算出密钥Kc(数据加解密用密钥)，通过A3计算出符号响应(SRES)； RAND、SRES和Kc作为一个三参数组一起送给HLR。,

12、鉴权过程：无论是移动台主呼或被呼，都有鉴权过程，鉴权程序如下图所示。,鉴权过程主要涉及到AUC、HLR、MSCVLR和MS，它们均各自存储着与用户有关的信息或参数。通过独立专用控制信道SDCCH进行。 当MS发出入网请求时，MSCVLR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MSCVLR，验证其合法性。,加密过程：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，如下图所示。,在鉴权程序中，当计算SRES时，同时用另一个算

13、法(A8)计算出加密密钥Kc，并在BTS和MSC中均暂存Kc。 MSCVLR把加密模式命令(M)通过BTS发往MS， MS根据M、Kc及TDMA帧号通过加密算法A5产生一个加密消息，表明MS已完成加密， 将加密消息回送给BTS。BTS采用相应的算法解密，恢复消息M，如果无误则告知MSCVLR，表明加密模式完成。,另一个角度看=简化 GSM中移动用户至本地网固定用户的呼叫流程网络实体角度：,图16.15 GSM中移动用户至固定用户呼叫流程,移动用户至固定用户出局呼叫流程结构图角度 如下图示。图中流程如下： 在服务小区内，一旦移动用户拨号后，移动台通过随机接入信道RACH向基站请求。 在移动台MS

14、与移动业务交换中心MSC之间建立信令连接的建立过程SDCCH。 对移动台的识别码进行鉴权的过程，如果需加密，则设置加密模式，进入呼叫建立起始阶段。 分配业务信道。 采用7号信令，用户部分ISUPTUP通过与固定网(ISDNPSTN)建立至被叫用户的通路，并向被叫用户振铃，向移动台回送呼叫接通证实信号。 被叫用户取机应答，向移动台发送应答(连接)消息，最后进入通话阶段。,示意图 移动用户出局呼叫流程,GSM中由本地固定网用户呼叫移动用户的呼叫与接续流程网络实体角度：如下图。,主要流程说明： (1)通过7号信令接收来自本地固定网用户的呼叫； (2)GMSC向HLR询问被叫移动用户所在MSC地址（地

15、区）； (3)HLR请求向该区被访问的VLR查询MSRN，并通知HLR； (4)GMSC从HLR获得MSRN后，可重新寻找路由，建立至被访MSC通路； (5)(6)被访的MSC从VLR中获取有关用户数据； (7)(8)MSC通过位置区内所有基站BS向移动台发送寻呼消息； (9)(10)被叫移动用户MS2发回寻呼响应消息； (11)被叫移动用户MS,在随机接入信道RACH向BS发送“信道请求”，通过MSC向本地固定网主叫发送应答与连接消息，并建立通信链路； (12)正常通话； (13)挂机。,固定用户至移动用户入局呼叫的基本流程 基本流程如下图所示。 图中流程说明如下： 通过7号信令用户部分IS

16、UPTUP，入口MSC(GMSC)接受来自固定网(ISDNPSTN)的呼叫。 GMSC向HLR询问有关被叫移动用户正在访问的MSC地址(即MSRN)。 HLR请求被访问VLR分配MSRN，MSRN是在每次呼叫的基础上由被访的VLR分配并通知HLR的。 GMSC从HLR获得MSRN后，就可重新寻找路由建立至被访MSC的通路。 、被访MSC从VLR获取有关用户数据。 、MSC通过位置区内的所有基站BS向移动台发送寻呼消息。 、被叫移动用户的移动台发回寻呼响应消息（RACH），然后执行与前述出局呼叫流程中的、相同的过程，直到移动台振铃，向主叫用户回送呼叫接通证实信号（下图中省略）。 移动用户应答，向固定网发送应答(连接)消息，最后进入通话阶段。,固定用户至移动用户入局呼叫的基本流程,示意图 移动用户入局呼叫基本流程,End charpter 15 in 12 被叫信令流程 对移动用户来说，被叫的过程从MSC向BSC发