《现代交换技术(机工社)》教学课件—第4章-移动交换技术-2移动通信网主要信令.ppt

1、1Modern Switching Technology第第4章章 移动交换技术移动交换技术2023-6-21第4章 移动交换技术4.2 4.2 移动通信网主要信令移动通信网主要信令4.3 4.3 通用分组无线电业务通用分组无线电业务GPRSGPRS4.1 4.1 移动通信网络移动通信网络4.4 3G4.4 3G核心网核心网4.5 4G/LTE4.5 4G/LTE核心网核心网4.6 5G4.6 5G核心网核心网2023-6-2现代交换技术22023-6-2现代交换技术3移动通信要解决的关键问题1.众多的基站中，手机如何判断它位于哪个基站下？如何知道基站的相关信息？2.网络如何知道不断移动的手机

2、身在何处？3.通话过程中，手机可能从一个基站的覆盖范围移动到另一个基站的覆盖范围，怎样才能保持通话的不中断？4.如何保证无线系统的安全性（号码不被盗、通话不被窃听）？问题一：手机如何发现基站？手机接入网络：每个手机不是固定占用无线信道 方法：基站主动“广播”消息给手机 手机如何收听基站的广播？调整接收频率，锁定基站（选择信号强度最大的小区）广播内容：频率校正信息、时间同步信息、基站标识、位置区4我在哪个基站下？我在哪个基站下？PSTN PSTN南京市御道街标营用户南京市御道街标营用户固定连接固定连接v 手机同步基站后，进行登记注册，同时记录位置信息，存入手机同步基站后，进行登记注册，同时记录位

3、置信息，存入MS SIMMS SIM卡卡2023-6-2现代交换技术2023-6-2现代交换技术5 发“寻人启事”“全网发布”VS“局部发布”基本思路：-全网划分若干“位置区”，并通过广播告知手机 -手机发现位置区变化，上报网络新的位置区，网络记载在数据库（位置寄存器）中。-当呼叫该手机时，查找数据库，确定手机当前位置区，由该位 置区中的基站对手机进行寻呼。XxXx，你在哪？，你在哪？XxXx，你在哪？，你在哪？XxXx，你在哪？，你在哪？v思考一：手机何时发送位置消息？思考一：手机何时发送位置消息？v思考二：位置区划分多大合适？思考二：位置区划分多大合适？问题二：网络如何发现手机？问题二：网

4、络如何发现手机？2023-6-2现代交换技术6 位置区范围的选择，不能太大也不能太小，具体取决于该地区实际的通信业务量，属于工程问题，由运营商决定。v思考一：手机何时发送位置消息？思考一：手机何时发送位置消息？-变化即发送变化即发送 -周期性发送，过期未报：周期性发送，过期未报：“手机不在服务区手机不在服务区”v思考二：位置区划分多大合适？思考二：位置区划分多大合适？XxXx，你在哪？，你在哪？XxXx，你在哪？，你在哪？问题二：网络如何发现手机？问题二：网络如何发现手机？位置登记与更新 位置登记：移动台向基站发送报文，表明自己所处的位置的过程。位置信息登记处：HLR：当前MSC/VLR号 V

5、LR：当前LAI MS SIM卡：LAI 位置更新 移动台跨越位置区时，需要向系统登记其位置的变化，这个过程称为位置更新。2023-6-2现代交换技术72023-6-2现代交换技术8位置更新的不同情况 情况：相同MSC/VLR 情况：不同MSC/VLRMSC1MSC1MSC2MSC2VLR1VLR1VLR2VLR2HLRHLRBSCBSCBSCBSCBSCBSC LA3LA3LA1LA1LA2LA2v 对情况处理：对情况处理：u修改修改VLR1VLR1的的 LAILAIv情况情况处理：处理：u新新VLR2VLR2增加增加LAILAIu修改修改HLRHLRu删旧删旧VLR1VLR1对应对应LAI

6、LAI9位置更新基本流程v MSMS用户漫游到新的位置区用户漫游到新的位置区 (不同的不同的MSC/VLR)MSC/VLR)2023-6-2现代交换技术9位置登记和位置更新小结 开/关机位置登记和注销 IMSI Attached IMSI Detached (MS首次开机：初始化，注册登记，相关位置信息存入HLR、VLR和SIM卡)正常位置更新 当MS移动过程中发现广播LAI与SIM卡存储不一致，主支发起位置更新过程，同时修改网络位置信息。相同VLR：VLR内部更新。不同VLR：新VLR添加记录，旧VLR删除记录，HLR更新。周期性位置更新 为防MS非正常关机、失去信号等情况,MSC周期性向所

7、有MS发送位置登记请求,使网络时刻保持与MS的联系。v 网络如何始终知道网络如何始终知道MSMS所处的位置或状态？所处的位置或状态？2023-6-2现代交换技术102023-6-2现代交换技术11问题三：如何保证“动中通”？切换（Handover）：硬切换：移动台先切断与原基站的联系，再接入新基站。软切换：移动台和相邻的两个基站同时保持联系，当与新基站取得可靠通信后，再切断与原基站的通信。（无缝切换）硬切换 和 软切换 GSM GSM：支持硬切换；：支持硬切换；CDMA CDMA：支持软切换：支持软切换v 思考一：思考一：什么时候发起切换？什么时候发起切换？接收信号的强度、通话质量接收信号的强

8、度、通话质量v 思考二：思考二：如何实现切换？如何实现切换？2023-6-2现代交换技术12何时切换？BSC根据基站接收到移动台的平均信号强度、误码率测试报告、信噪比等参数确定。2023-6-2现代交换技术13切换控制 MS辅助的切换：网络要求MS测量其周围基站的信号并把结果报告给旧基站，网络根据测试结果决定何时进行切换以及切换到哪一个基站。特点：时间快，切换过程12s，信号中断小于1s。第二代GSM、CDMA都采用此方法。2023-6-2现代交换技术14切换的不同情况MSCMSCBSCBSCBSCBTSBTSBTSBTSMSMSMSMS12342023-6-2现代交换技术15 MSC内部切换

9、流程相同MSC/VLR区，不同BSC下小区间的切换 BSC1BSC22023-6-2现代交换技术16思考：如何实现鉴权和加密呢思考：如何实现鉴权和加密呢？1.如何鉴别接入系统的用户是否如何鉴别接入系统的用户是否“合法合法”？-鉴权鉴权2.防止无线信道防止无线信道“窃听窃听”？-加密加密问题四：如何保证无线通信的安全问题四：如何保证无线通信的安全？2023-6-2现代交换技术17如何实现鉴权？如何鉴别接入系统的用户是否“合法”？（鉴权）合法：已付费并获得接入网络的资格 方法：SIM卡（IMSI号+内置Ki参数）鉴权算法A3TTKi鉴权算法鉴权算法A3SRESRAND鉴权响应鉴权响应SRES生成过

10、程生成过程2023-6-2现代交换技术18鉴权过程Step1:根据根据RAND值值,请说口令请说口令Step2:（IMSI，SRES）注意：每次的注意：每次的SRES值不一样哦！值不一样哦！Step3（IMSI，SRES）鉴权鉴权中心中心Step4：一致，：一致，OKStep5：一致，：一致，OK2023-6-2现代交换技术19如何实现加密？防止无线信道“窃听”？（加密）方法：SIM卡（IMSI号+内置Ki参数）密钥算法A8、加密算法A5Ki密钥算法密钥算法A8KcRAND密钥密钥Kc生成过程生成过程 密钥密钥Kc+原始话音信号进行原始话音信号进行A5运算运算 加密的比特流加密的比特流每次的每

11、次的Kc不一样哦！不一样哦！2023-6-2现代交换技术20IMSI 1KiIMSI 2Ki数据库IMSI和鉴权RAND产生随机数加密算法A8鉴权算法A3结果结果KcSRESRANDKcSRESRANDIMSI：国际移动用户识别码Kc：加密密钥Ki：用户鉴权密钥SRES：符号响应RAND：随机数将三参数组传送给HLR三参数组AUC中产生三参数组的过程2023-6-2现代交换技术21移动通信中四个关键问题1.手机如何找到基站？2.网络如何找到手机？3.如何保证“动中通”？4.如何保证无线通信安全？小小 区区 广广 播播位置登记与更新位置登记与更新 越越 区区 切切 换换 鉴权和加密鉴权和加密20

12、23-6-2现代交换技术22二、GSM主要接口及信令协议栈模型UmMSMSBTSBSCMSCBTSBSCCMMMRRMMLAPDmUm L1LAPDmUm L1LAPDPCMRR BTSMCMLAPDPCMRRBTSM AbisASS7PCMSS7PCMMSBTSBSCMSCBSSAPBSSAPL1L1L2L2L3L32023-6-2现代交换技术23241.物理层物理层（第一层）（第一层）为高层信息的传输提供基本的无线信道（包括提供为高层信息的传输提供基本的无线信道（包括提供各种不同功能的逻辑信道，每个逻辑信道有它自己的各种不同功能的逻辑信道，每个逻辑信道有它自己的服务接入点）。服务接入点）。

13、GSM中的信道分为物理信道和逻辑信道。中的信道分为物理信道和逻辑信道。一个物理信道就是一个时隙（一个物理信道就是一个时隙（TS），逻辑信道），逻辑信道（业务信道和控制信道）是根据（业务信道和控制信道）是根据BTS和和MS之间传递之间传递的信息种类的不同而定义的。的信息种类的不同而定义的。2023-6-2现代交换技术24252.数据链路层数据链路层（第二层）（第二层）在在MSMS和基站之间建立可靠的专用数据链路，和基站之间建立可靠的专用数据链路，L2 L2 协协议基于议基于ISDN ISDN 的的D D 信道链路接入协议（信道链路接入协议（LAP-DLAP-D），但作），但作了修改，因而在了修改

14、，因而在Um Um 接口的接口的L2 L2 协议称之为协议称之为LAP-DmLAP-Dm。CMMMRRMMLAPDmUm L1LAPDmUm L1LAPDPCMRR BTSMCMLAPDPCMRRBTSM SS7PCMSS7PCMMSBTSBSCMSCBSSAPBSSAPL1L1L2L2L3L32023-6-2现代交换技术253.应用层应用层/信令层（第三层）信令层（第三层）对各种业务进行控制和管理，包括三个子层：对各种业务进行控制和管理，包括三个子层：RR（无线资源管理）：无线信道分配、释放、切换、性能监视和控制。MM（移动性管理）：位置更新、鉴权、开机附着、关机分离、TMSI分配和设备识别

15、等CM（连接管理）：负责呼叫控制（补充业务和SMS控制）。包括来、去话建立、连接中断后呼叫重建和DTMF传送等。2023-6-2现代交换技术26三、移动呼叫基本信令过程 PSTN MS 用户过程 MS PSTN 用户过程 MS MS 过程2023-6-2现代交换技术27Mobile Terminated Call1:呼叫一个GSM用户2:向GMSC发出呼叫请求3:将呼叫请求传送到被叫HLR4,5:从MS所在VLR查询MSRN6:将当前MSC信息发送给GMSC7:向当前的MSC发起呼叫8,9:查询MS的当前状态10,11:在区群内寻呼MS12,13:MS应答14,15:鉴权与加密16,17:建立

16、连接PSTNcallingstationGMSCHLRVLRBSSBSSBSSMSCMS1234567891011 121316101011111114 1517MS被叫信令过程被叫信令过程（PSTN-MS）2023-6-2现代交换技术28主叫信令过程(MS-PSTN)1,2:建立连接3,4:鉴权5-8:路由选择及接续9-10:呼叫建立PSTNGMSCVLRBSSMSCMS12653491078Mobile Originated Call2023-6-2现代交换技术29主叫接入阶段、鉴权阶段流程移动主叫流程（一）移动主叫流程（一）信道请求(CHAN-REQ)AMSBSSMSCVLR鉴权响应CM

17、业务接受加密模式命令加密模式完成（CIP MOD COM）加密模式命令（CIP MOD CMD）CM-业务接受（CM-SERV-ACC）鉴权响应（AUTHRES）AUmBSSAP AMAP BHLRMAP DBSSAP AAUCBBSSBMSUm启动加密（START-CIP）接受接入请求（ACP ACCES REQ）收到响应，VLR核对鉴权响应，如相符，继续处理，否则，拒绝该用户业务请求业务请求（CM-SERV-REQ）鉴权请求鉴权请求（AUTHREQ）CM-业务请求（CONN-REQ）CON-CONF(接续确认)CC处理接入请求（PROC ACCES REQ）启动鉴权鉴权参数请求AUT-IN

18、FO-REQ AUT-INFO-PROY 立即分配(IMMED-ASSIGN)鉴权参数响应鉴权响应（AUTHRES）加密模式完成1、接入阶段主要包括：信道请求，立即指配，业务请求等步骤。经过这个阶段，手机和基站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，加密模式等步骤。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。TCH指配阶段、取被叫路由信息阶段流程1、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，2、取被叫用户漫游号码（路由信息）阶段：MSC收到被叫的路由信息后，对其进行分析

19、，可以得到被叫用户的局向。然后进行话路接续。BSSAP AMAP BMAP DAMSBSSMSCVLR建立呼叫（SET UP）指配请求（ASSIGN-REQ）指配完成指配完成（ASSIGN-COMP）指配请求（ASSIGN-REQ呼叫继续（CALL PROC）建立呼叫（SET UP）AUmHLR被叫所在VLR为去话发送信息（S.F.O.C）完成呼叫 (回主叫用户数据COM CALL）路由信息回送（Routing Infotmation Resp)路由信息请求（Send Routing Information）提供漫游号码（Provide MSRN Req）回送漫游号码（PROV MSRN Re

20、sp）呼叫继续（CALL PROC）IAI(IAM)MSC移动主叫流程（二）移动主叫流程（二）被叫接入阶段、鉴权阶段流程1、接入阶段主要包括：手机收到BTS的寻呼命令后，信道请求，立即指配，寻呼响应。经过这个阶段，手机和基站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，加密模式命令，加密模式完成，呼叫建立。经过这个阶段，网络认为被叫用户是一个合法用户。MS-ABSS-AMSC-AAUCHLRBSS-BMSC-BVLR-AUmABDUmVLR-BABMS-B连接证实（Con-Confirm）启动鉴权接入请求接受（Accept Access Req)寻呼响应（Paging Response）寻呼（Paging)处理接入请求（Proc Acces Req)寻呼命令（Paging）为来话发送信息（S.F.I.C）鉴权请求鉴权请求鉴权响应鉴权响应鉴权响应鉴权响应IAI(IAM)完成呼叫移动被叫流程移动被叫流程 主叫先拆线MS-AUmMSC-AABSS-AMS-BUmBSS-BAMSC-BBVLR-BDHLR-AUCDVLR-ABDISC拆线REL释放REL-COMP释放完成CLEAR-CMD清除命令CLEAR-COMP清除完成 REL释放REL-COMP释放完成CLEAR-CMD清除命令CLEAR-COMP清除完成CLFDisconnectRLG拆拆 线线 部部 分分