第五章 移动交换 现代电信交换 第一节 公用陆地移动网（PLMN） 一、网络结构 1、网络功能结构 一个GSM系统可由三个子系统组成，即操作支持子系统(OSS)，基站子系统(BSS)和网路子系统(NSS)三部分组成 基站子系统BSS是GSM系统中与无线蜂窝方面关系最直接的基本组成部分，它通过无线接口直接与移动台相连，负责无线发送接收和无线资源的管理 1 现代电信交换 网路子系统（NSS）是整个系统的核心，它对 GSM移动用户之间及移动用户与其它通信网用户之间通信起着交换、连接与管理的功能主要负责完成呼叫处理、通信管理、移动管理、部分无线资源管理、安全性管理、用户数据和设备管理、计费记录处理、公共信道信令处理和本地运行维护等 基站子系统BSS主要负责无线信息的发送与接收及无线资源管理；同时，它与 NSS相连，实现移动用户间或移动用户与固定网路用户之间的通信连接，传送系统信息和用户信息等；当然，也要与操作支持子系统OSS之间实现互通 2 OSS 现代电信交换 NMC NSS OMC DPPS PCS SEMC BTS MS BTS BSS BSC MSC/VLR HLR/AUC EIR PSTN ISDN PDN 3 现代电信交NSS：网路子系统 换 OSS：操作支持子系统 NMC：网路管理中心 DPPS：数据后处理系统 SEMC：安全性管理中心 PCS：用户识别卡个人化中心 MSC：移动业务交换中心 HLR：归属位置寄存器 VLR：来访位置寄存器 AUC：鉴权中心 OMC：操作维护中心 EIR：移动台设备识别寄存器 4 现代电信交换 BSS：基站子系统 BSC：基站控制器 BTS：基站收发信台 MS：移动台 PDN：公用数据网 PSTN：公用网 ISDN：综合业务数字网 5 网络子系统（NSS）各功能部件： 现代电信交换 MSC：完成移动呼叫接续、移动性管理等； 是PLMN与其它通信网互连的接口设备； 其物理实体是一个数字程控交换机。
HLR：是一个数据库，存储在该地区开户的所有移动用户的用户数据、位置信息、路由选择信息等 VLR：是一个数据库，存储所有来访移动用户的相关信息给来访用户分配 MSRN AUC：是一个数据库，存储检验移动用户合法性的密钥和算法是为了防止非法用户接入 GSM系统而设置的安全措施 6 现代电信交换 EIR：也是一个数据库，存储着所有签约用户所使用的移动台设备的 IMEI号码用来检查每个移动台设备是否为合法设备 在EIR中有三种表：白表、黑表、灰表 白表中存储着已经分配给可以在本运营网内合法使用的所有移动台设备的 IMEI； 黑表中存储着所有被禁止使用的移动台设备的IMEI； 灰表中存储着报失被盗或非法使用的移动台设备的IMEI OMC：对MSC、BSC设备进行监控、数据设置、维护，确保设备的正常运行 7 2、网络接口 现代电信交换 GSM系统的主要接口指A接口、Abis接口和Um接口这三个接口标准使得电信运营部门能够把不同设备纳入同一个 GSM数字通信网中 Um接口 Abis接口 A接口 BTS BSC BTS BSC MSC MS 8 现物理链路采用标准的 2.048Mb/s的数字传输链路实代现。
电此接口传递的信息包括移动台管理、基站管理、信移动性管理、接续管理等 Abis接口定义了基站控制器(BSC)和基站收发信台交(BTS)之间的通信标准，用于远端互连方式 换此接口采用标准的2.048Mb/sPCM数字链路来实现 9 A接口定义为网路子系统(NSS)与基站子系统(BSS)间的通信接口从系统上来讲，就是移动业务交换中心(MSC)与基站控制器(BSC)之间的接口； 现代电信交换 Abis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 Um接口(空中接口)定义为移动台与基站收发信台(BTS)之间的通信接口； 用于移动台与GSM系统的固定部分之间的互通，物理链路是无线链路； 此接口传递的信息主要包括无线资源管理、移动性管理和接续管理等 自学内容：P217-218中的网络部件的物理分布、网络区域划分 10 二、编号计划 现代电信交换 1) 移动台国际ISDN号码(MSISDN) 此号码是指主叫用户为呼叫移动用户而拨叫的号码 CC NDC SN CC－国家码，即移动台登记注册的国家码，中国为86 NDC－国内地区码，每个PLMN有一个NDC 由N1N2N3+H1H2H3 SN－移动用户号码 HLR识别号，如711、393等 移动网号，如139、130等 11 2) 国际移动用户识别码(IMSI) 现代电信交换 它是任何网络唯一识别一个移动用户的国际通用号码，此码在GSM系统所有服务区中都是有效的。
在呼叫建立与位置更新时，需要用到IMSI，并同时存贮在HLR和VLR中IMSI组成如图所示它的总长不超过 15位数字，采用十进制编码 3位数 MCC 1或2位数 MNC NMSI IMSI 12 MSIN 现代电信交换 MCC－移动国家码，由3位数组成，唯一地识别移动用户所属的国家中国的 MCC规定为460 MNC－移动网号，最多由 2位数组成，识别移动用户所归属的移动通信网 MSIN－移动用户识别码，唯一地识别某一移动通信网中的移动用户 NMSI－国家移动用户识别码，由 MNC和MSIN组成 13 3) 国际移动设备识别码(IMEI) 现代电信交换 唯一地识别一个移动台设备 6位数 TAC 2位数 FAC IMEI 6位数 SNR 1位数 SP TAC－型号批准码，由欧洲型号批准中心分配 FAC－最后装配码，表示生产厂或最后装配所在地由厂家自行编码 SNR－序号码，这个数字的独立序号唯地识别每个TAC和FAC的每个设备 SP－备用 14 4) 移动台漫游号码(MSRN) 现代电信交换 MSRN是指当移动台漫游后，为使 GSM移动通网能进行路由选择，把来话呼叫连接到移动台当前所登记的MSC而由被叫MS所在的VLR临时分配给移动用户的一个号码。
15 第二节 移动交换基本技术 现代电信交换 一、 GSM系统的安全技术 GSM系统主要有如下安全性措施： ?用户鉴权 ?IMSI临时身份－TMSI的使用 ?无线通道加密 ?移动台设备确认 16 现SIM卡中有如下内容： 固化数据，IMSI，密钥Ki , 安全算法 代临时的网络数据TMSI，LAI，KC，被禁止的PLMN 电业务相关数据 AUC有如下内容： 信用于生成随机数(RAND)的随机数发生器 交密钥Ki 换各种安全算法 以下对GSM安全措施详细说明 在明确这些措施之前，有必要回顾一下表明用户身份的SIM卡的内容和鉴权中心(AUC)的内容： 17 1、 用户鉴权 现代电信交换 AUC的基本功能是产生三参数组(RAND、SRES、Kc) RAND（随机数）由随机数发生器产生 SRES（符号响应）由RAND和Ki用A3算法得出 Kc（信息加密密钥）由 RAND和Ki用A8算出 三参数组存于 HLR中对于某一已登记的 MS，由其服务区的MSC/VLR从HLR中装载至少一套三参数组为此MS服务。
18 现代电信交换 当用户要建立呼叫，进行位置更新等操作时，先需对其鉴权，其过程如下： ①MSC/VLR传送RAND至MS ②MS用RAND和Ki算出SRES并返至MSC/VLR ③MSC/VLR把收到的SRES与存贮其中的SRES比较，决定其合法性 MS UM接口 网络（VLR） 网络（AUC）计算值 Ki A3 SRES RAND RAND SRES =? SRES 是/否 19 2、TMSI的使用 现代电使用TMSI主要是对IMSI进行保密，避免IMSI路信上透明传送而被别人截获从而对用户定位、冒用帐户，造成经济损失 交换 20 当MS进行位置更新，发起呼叫或激活业务时，MSC/VLR将分配给IMSI一个新的TMSI，并由MS存贮于SIM卡上，此后MSC/VLR与MS间信令联系只使用TMSI； 3、无线通道加密 现代电信交换 其过程如下： ①MSC/VLR把“加密模式命令M”和Kc一起送给BTS ②“加密模式命令”传至MS ③“加密模式完成”消息M'和Kc用A5算法加密，同时TDMA帧号也用A5算法加密，合成Mc' ④Mc'送至BTS ⑤Mc'和Kc用A5算法解密，TDMA帧号也由A5算法解密。
⑥若Mc'能被解密成M'(加密模式成功)并送至MSC，则所有信息从此时开始加密 21 现代电信交换 MSC/VLR ① M+Kc BTS KC ② M MS TDMA帧号 Mc' ④ A5 A5 ⑤ M'正确否 Kc M' TDMA帧号 ③ 22 4、 移动台设备识别 现代电信交换 过程如下： ①MSC/VLR向MS要求发送IMEI ②MS发送MIEI ③MSC/VLR转发IMEI ④在EIR中核查IMEI，返回信息至MSC/VLR 23 二、 GSM系统移动性管理 现代电信交换 1、漫游管理 当MS处于空闲模式时，怎样确定其位置是很重要的只有明确知道 MS当前位置，才能在有对MS的呼叫时迅速建立其与被叫 MS的连接 移动用户在移动性的情况下要求改变与小区和网络联系的特点称为漫游而在漫游其间改变位置区及位置区的确认过程则称为位置更新在相同位置区中的移动不需通知 MSC，而在不同位置区间的小区间移动则需通知 MSC，位置更新主要由以下几种组成 24 ⑴ 常规位置更新 现代电信 ⑵ IMSI分离 交 当MS关机后，发送最后一次消息要求进行换分离操作， MSC/VLR接到后在 VLR中的IMSI上 作分离标记。
MS由BCCH传送的 LAI确定要更新后，通过SDCCH与MSC/VLR建立连接，然后发送请求，更 新 VLR 中 数 据 ， 若 此 时 LAI 属 于 不 同 的MSC/VLR，则HLR也要更新，当系统确认更新后，MS和BTS释放信道 25 ⑶ IMSI附着 现代电信交换 当MS开机后，若此时MS处于分离前相同的位置区，则将MSC/VLR中VLR的IMSI作附送标记；若位置区已变，则要进行新的常规位置更新 ⑷ 强迫登记 在IMSI要求分离时(MS关机)，若此时信令链路质量不好，则系统会认为 MS仍在原来位置，因此每隔30分钟要求MS重发位置区信息，直到系统确认 ⑸ 隐式分离 在规定时间内未收到系统强迫登记后 MS的回应信号，对VLR中的IMSI作分离标记 26 2、无线接口上的信道 现代电信交换 在介绍切换、移动呼叫过程之前，有必要了解无线接口上的信道划分 逻辑信道 在BTS和MS间必须传送许多信息，包括语音和控制信息等，先把这些信息分类，再按不同方法对应至物理信道上传播，这些划分就称为“逻辑信道”。
而逻辑信道按其中承载信息不同，可分为控制信道和业务信道以下分别介绍控制信道 27 ⑴ 广播信道(BCH) 现代电信交换 均为下行信道，用于向 MS发送广播消息 广播控制信道(BCCH) 当MS要进行漫游、等待呼叫或发起呼叫时，要知道一些关于小区的信息，这些信息通过BCCH传送包括位置区识别(LAI)，小区允许最大输出功率和相邻小区 BCCH载频等 频率校正信道(FCCH) 使MS明确BCCH的载频以及使 MS保持频率同步 28 同步信道(SCH) 现代电信交换 使MS接收TDMA保持与系统的同步，同时接收TDMA帧号，BTS色码(BSIC) 由于每个基站之间不同步，所以 MS必须根据广播信道(BCH)来获取应进入其它小区的信息 29 ⑵公共控制信道 现代电信交换 寻呼信道(PCH) MS每隔一定时间守听 PCH，以判断是否有来自它的呼叫，其中包括 MS的IMSI或TMSI，是下行信道 随机接入信道(RACH) 当MS在PCH听到有人发起对自己的呼叫，即通过RACH要求接入网络，是上行信道 接入许可信道(AGCH) 网络通过AGCH分配一个信令信道（独立专用控制信道SDCCH），是下行信道。
30 ⑶专用控制信道(DCCH) 现代电信交换 独立专用控制信道(SDCCH) MS和BTS均转至此信道，MS通过SDCCH通知网络占用了哪个物理信道用于业务传输在呼叫建立功能之外，SDCCH用于传送短消息是双向信道 31 ⑷随路控制信道 现代电信交换 慢速随路控制信道(SACCH) MS向网络发送控制消息和相邻基站信号强度，同时接收系统信息，包括发射功率和时间提前量，双向信道 快速随路控制(FACCH) FACCH用“挪用”模式工作，占用业务信道(TCH)的一段传输，主要用于向 MS传送切换命令是下行信道 32 3、 切换管理 现代电信交换 在MS通话阶段中MS小区的改变引起的系统相应操作叫切换切换的依据是由 MS对周邻BTS信号强度的测量报告和 BTS对MS发射信号强度及通话质量决定的，统一由 BSC评价后决定是否进行切换下面将结合图解具体分析三种不同的切换 33 ⑴ 由相同BSC控制的小区间的切换 现代电信交换 ② ⑥ ② MS ⑤ ③ ④ 旧BTS BSC 新BTS ① ⑤ 34 ①BSC预订新的BTS激活一个TCH 现代电信交换 ②BSC通过旧BTS发送一个包括频率、时隙及发射功率参数的信息至MS，此信息在FACCH上传送。
③MS在规定的新频率上发送一个切换接入突发脉冲（通过FACCH发送） ④新BTS收到此突发脉冲后，将时间提前量信息通过FACCH回送MS ⑤MS通过新BTS向BSC发送切换成功信息 ⑥BSC要求旧BTS释放TCH 35 2、 ⑵ 由同一MSC，不同BSC控制小区间的切换 BTS ④ MS ⑤ ⑥ ⑦ 旧BSC 现代电信交换 ④ ① ④ ⑨ ⑧ ② MSC ③ ⑦ BTS 新BSC ④ ⑦ 36 现代电信交换 ①旧BSC把切换请求及切换目的小区标识一起发给MSC ②MSC判断是哪个BSC控制的BTS，并向新BSC发送切换请求 ③新BSC预订目标BTS激活一个TCH ④新BSC把包含有频率、时隙及发射功率的参数通过MSC，旧BSC和旧BTS传到MS 37 现代电信交换 ⑤MS在新频率上通过FACCH发送接入突发脉冲 ⑥新BTS收到此脉冲后，回送时间提前量信息至 MS⑦MS发送切换成功信息通过新 BSC传至MSC ⑧MSC命令旧BSC去释放TCH ⑨BSC转发MSC命令至BTS并执行 38 ⑶ 由不同MSC控制的小区间的切换 现代电信交换 BTS ⑦ MS ⑧ ⑨ ⑩ 旧BSC ① 旧MSC PSTN ⑦ ④ ⑩ BTS 新BSC ③ ⑤ ② ⑤ ⑩ ⑥ 新MSC 39 ①旧BSC把换换目标小区标志和切换请求发至旧现②旧MSC判断出小区属另一MSC管辖。
代③新MSC分配一个切换号（路由呼叫用），并向新BSC发送切换请求 电④新BSC激活BTS的一个TCH 信⑤新MSC收到BSC回送信息并与切换号一起转至交旧MSC 换⑥一个连接在MSC间被建立（也许会通过 PSTN 网） 40 MSC ⑦旧MSC通过旧BSC向MS发送切换命令，其中包现含频率，时隙和发射功率 代⑧ MS 在新 频率上 发一接 入突发 脉冲（ 通过FACCH） 电⑨新 BTS收到后，回送时间提前量信息（通过信FACCH） 交⑩MS通过新BSC和新MSC向旧SCM发送切换成功换信息 此后，旧TCH被释放，而控制权仍在旧 MSC手中 41 三、移动 呼叫流程举例 现代电信交换 1、 移动用户呼叫固定用户 ①移动用户键入被叫号码并按“发送”键， MS收到用户的指示后，通过 RACH要求分配信令信道SDCCH ②BSC分配SDCCH后，用AGCH通知MS ③MS通过SDCCH向MSC/VLR发送呼叫建立请求其后，所有建立呼叫前所需信息均在其上传送，包括鉴权、加密、设备识别、发送被叫号码等等 42 现代电信交换 ④MSC/VLR要求BSC分配一TCH给MS并转至BTS，再由BTS告知MS。
⑤MSC/VLR传送被叫号码到PSTN，PSTN根据被叫号码建立连接 ① ② ① ② ③ ④ ④ BTS BSC ③ ④ MSC/VLR ⑤ 43 PSTN MS 交换机 2、固定用户呼叫移动用户 现代电信交换 ①固定用户拨 MSISDN号码，在本地交换机内分析后，转至GMSC ②GMSC分析MSISDN后找出MS登记所在的 HLR ③HLR翻译MSISDN为IMSI，并找出当前服务于MS的MSC/VLR（得知LAI） ④HLR向MSC/VLR请求MSRN ⑤MSC/VLR发MSRN至HLR，由其转至GMSC 44 现代电信交换 ⑥GMSC根据MSRN寻找至MSC/VLR路由并向其发呼叫信号 ⑦MSC/VLR知道MS所在位置区，要求 BSC寻呼用户 ⑧BSC分配寻呼信息到 BTS，由BTS通过PCH发送 ⑨MS收到信息，要求分配 SDCCH ⑩BSC用AGCH分配给MS一个SDCCH 11 11 SDCCH用于建立呼叫，分配 MS一个TCH 45 现代电信交换 ⑤ HLR ③ ⑤ ④ MSC/VLR ⑦ 11 ② ⑥ GMSC ① 本地 交换机 ① 话机 BSC 11 ⑩ ⑧ ⑨ ⑧ ⑧ ⑨ ⑩ 11 46 BTS ⑧ BTS MS 现代电信交换 与固定网交换机相比，移动交换机的呼叫处理有以下特点： 1、移动用户接入 移动交换机不需对MS进行呼叫识别、发送拨号音以及收号等处理，而是通过无线接口信令完成。
移动台与机的功能不同，移动台相当于协议翻译器，它将用户的按键命令翻译成网络能识别的信令，或者将 MSC送来的信令翻译为用户可理解的信号，如音频信号（振铃音）、视觉信号（指示灯、字符显示） 47 2、信道分配 现代电信交换 指无线信道的分配，由交换机按需给主叫MS或被叫MS分配业务信道和必要的信令信道 每个BTS的载波0（F0）的TS0、TS1用于传信令， 其余的TS 用于传话音 48 k1 k2 k3 k4 k5 k6 现代电信交换 f f t t FDM TDM f t FDM & TDM（TDMA） 49 3、切换 现代电信交换 移动交换机在用户进入通话状态后继续监视业务信道质量，必要时进行切换以保证通信的连续性 4、移动计费 在固定网中，实行单向收费，由主叫端局或主叫端长途局对主叫用户计费，而在移动网中，实行双向收费，且由访问 MSC生成计费数据 50 第五章 要求 现代电信交换 1、了解GSM系统结构 2、掌握NSS的各组成功能部件 3、了解GSM系统中的编号计划 4、掌握GSM系统中的安全管理技术 5、了解GSM系统中的切换技术 6、了解GSM系统中的呼叫处理过程 51 本本 章章 作作 业业 现代电信交换 1.移动交换机比一般程控交换机需多增移动交换机比一般程控交换机需多增设哪些部件设哪些部件?它们的作用是什么它们的作用是什么? 2.试说明试说明VLR和和HLR的功能差别的功能差别.为什么为什么有了有了HLR还要设立还要设立VLR? 3.GSM移动通信系统中有哪几种主要接移动通信系统中有哪几种主要接口口?其主要作用是什么其主要作用是什么? 4. 在移动通信系统中对移动台赋予了几在移动通信系统中对移动台赋予了几种号码种号码?为什么为什么? 52 。