电信交换第五章讲义.ppt

1,第五章 移动交换第一节 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。,2,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。,3,NSS,4,OSS：操作支持子系统,NSS：网路子系统,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,OMC：操作维护中心,MSC：移动业务交换中心,VLR：来访位置寄存器,HLR：归属位置寄存器,AUC：鉴权中心,EIR：移动台设备识别寄存器,5,BSS：基站子系统,BSC：基站控制器,BTS：基站收发信台,PDN：公用数据网,PSTN：公用电话网,MS：移动台,ISDN：综合业务数字网,6,网络子系统（NSS）各功能部件：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。,7,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太设备的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。,8,2、网络接口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,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；物理链路采用标准的2.048Mb/s的数字传输链路实现。此接口传递的信息包括移动台管理、基站管理、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(BTS)之间的通信标准，用于远端互连方式。此接口采用标准的2.048Mb/sPCM数字链路来实现。,10,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,11,二、编号计划移动台国际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国家码，即移动台登记注册的国家码，中国为86NDC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,12,国际移动用户识别码(IMSI)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。,13,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,14,国际移动设备识别码(IMEI)唯一地识别一个移动台设备。,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,15,移动台漫游号码(MSRN)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。,16,第二节 移动交换基本技术一、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,17,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：SIM卡中有如下内容：固化数据，IMSI，密钥Ki,安全算法临时的网络数据TMSI，LAI，KC，被禁止的PLMN业务相关数据AUC有如下内容：用于生成随机数(RAND)的随机数发生器密钥Ki各种安全算法以下对GSM安全措施详细说明,18,1、用户鉴权 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。,19,MSC/VLR传送RAND至MSMS用RAND和Ki算出SRES并返至MSC/VLR。MSC/VLR把收到的SRES与存贮其中的SRES比较，决定其合法性。,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：,A3,网络（AUC）计算值,网络（VLR）,MS,UM接口,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；使用TMSI主要是对IMSI进行保密，避免IMSI在线路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。,2、TMSI的使用,21,3、无线通道加密其过程如下：MSC/VLR把“加密模式命令M”和Kc一起送给BTS“加密模式命令”传至MS“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McMc送至BTSMc和Kc用A5算法解密，TDMA帧号也由A5算法解密。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。,22,23,4、移动台设备识别过程如下：MSC/VLR从MS要求发送IMEIMS发送MIEIMSC/VLR转发IMEI在EIR中核查IMEI，返回信息至MSC/VLR,24,二、GSM系统移动性管理,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。,25,常规位置更新 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。IMSI分离 当MS关机后，发送最后一次消息要求进行分离操作，MSC/VLR接到后在VLR中的IMSI上作分离标记。,26,IMSI附着 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。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。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。,27,2、无线接口上的信道在介绍切换、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。,28,广播信道(BCH)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。,29,同步信道(SCH)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。,30,公共控制信道 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。,31,专用控制信道(DCCH)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。,32,随路控制信道慢速随路控制信道(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。,33,3、切换管理 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。,34,由相同BSC控制的小区间的切换,35,BSC预订新的BTS激活一个TCH。BSC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。MS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）。新BTS收到此突发脉冲后，将时间提前量信息通过FACCH回送MS。MS通过新BTS向BSC发送切换成功信息。BSC要求旧BTS释放TCH。,36,2、由同一MSC，不同BSC控制小区间的切换,37,旧BSC把切换请求及切换目的小区标识一起发给MSC。MSC判断是哪个BSC控制的BTS，并向新BSC发送切换请求。新BSC预订目标BTS激活一个TCH。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。,38,MS在新频率上通过FACCH发送接入突发脉冲。新BTS收到此脉冲后，回送时间提前量信息至MS。MS发送切换成功信息通过新BSC传至MSC。MSC命令旧BSC去释放TCHBSC转发MSC命令至BTS并执行。,39,由不同MSC控制的小区间的切换,40,旧BSC把换换目标小区标志和切换请求发至旧MSC。旧MSC判断出小区属另一MSC管辖。新MSC分配一个切换号（路由呼叫用），并向新BSC发送切换请求。新BSC激活BTS的一个TCH。新MSC收到BSC回送信息并与切换号一起转至旧MSC。一个连接在MSC间被建立（也许会通过PSTN网）,41,旧MSC通过旧BSC向MS发送切换命令，其中包含频率，时隙和发射功率。MS在新频率上发一接入突发脉冲（通过FACCH）。新BTS收到后，回送时间提前量信息（通过FACCH）。MS通过新BSC和新MSC向旧SCM发送切换成功信息。此后，旧TCH被释放，而控制权仍在旧MSC手中,42,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。BSC分配SDCCH后，用AGCH通知MS。MS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。,三、移动 呼叫流程举例1、移动用户呼叫固定用户,43,MSC/VLR要求BSC分配一TCH给MS并转至BTS，再由BTS告知MS。MSC/VLR传送被叫号码到PSTN，PSTN根据被叫号码建立连接。,44,固定用户拨MSISDN号码，在本地交换机内分析后，转至GMSC。GMSC分析MSISDN后找出MS登记所在的HLR。HLR翻译MSISDN为IMSI，并找出当前服务于MS的MSC/VLR（得知LAI）。HLR向MSC/VLR请求MSRN。MSC/VLR发MSRN至HLR，由其转至GMSC。,2、固定用户呼叫移动用户,45,GMSC根据MSRN寻找至MSC/VLR路由并向其发呼叫信号。MSC/VLR知道MS所在位置区，要求BSC寻呼用户。BSC分配寻呼信息到BTS，由BTS通过PCH发送。MS收到信息，要求分配SDCCH。BSC用AGCH分配给MS一个SDCCH。,46,47,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。移动台与电话机的功能不同，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）,48,2、信道分配 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。,49,FDM,TDM,FDM&TDM（TDMA）,50,3、切换 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。,51,第五章 要求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作业：P251 7.1 7.2 7.4,