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

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1、1 现代交换技术 Modern Switching Technology第第4章章 移动交换技术移动交换技术2023/1/151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2023/1/15现代交换技术22023/1/15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

2、如何知道不断移动的手机身在何处？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

3、，同时记录位置信息，存入MS SIM卡卡2023/1/15现代交换技术2023/1/15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。Xx，你在哪？，你在哪？Xx，你在哪？，你在哪？Xx，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：网络如何发

4、现手机？2023/1/15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？Xx，你在哪？，你在哪？Xx，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VLR：当前LAI

5、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。2023/1/15现代交换技术72023/1/15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/VLRMSC1MSC2VLR1VLR2HLRBSCBSCBSC LA3LA1LA2v对情况对情况处理：处理：u修改修改VLR1的的 LAIv情况情况处理：处理：u新新VLR2增加增加LAIu修改修改HLRu删旧删旧VLR1对应对应LAI9位置更新基本流程vMS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)2023/1/15现代交换技术9位置登记

6、和位置更新小结 开/关机位置登记和注销IMSI AttachedIMSI 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MS所处的位置或状态？所处的位置或状态？2023/1/15现代交换技术1020

7、23/1/15现代交换技术11问题三：如何保证“动中通”？切换（Handover）：通话中手机从一个通话中手机从一个小区小区进入到进入到另一另一小区小区时，网络把手机从原小区占用的时，网络把手机从原小区占用的信道信道转换转换到新小区的某一到新小区的某一信道信道，保证通话不中断，即，保证通话不中断，即“不掉不掉线线”。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

8、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？2023/1/15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。2023/1/15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。2023/1/15现代交换技术14切换的不同情况MSCMSCBSCBSCBSCBTSBTSBTSBTSM

9、SMSMSMS12342023/1/15现代交换技术15 MSC内部切换流程相同MSC/VLR区，不同BSC下小区间的切换 BSC1BSC22023/1/15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？2023/1/15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A3

10、TTKi鉴权算法鉴权算法A3SRESRAND鉴权响应鉴权响应SRES生成过程生成过程2023/1/15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，OK2023/1/15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+

11、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次的Kc不一样哦！不一样哦！2023/1/15现代交换技术20AUC中产生三参数组的过程2023/1/15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2023/1/15现代交换技术22二、GSM主要接口及信令协议栈模型UmMSMSBTSBSCMSCBTSBSCCMMMRRMMLAPDmUm L1LAPDmUm L1LAPDPCMRR B

12、TSMCMLAPDPCMRRBTSM AbisASS7PCMSS7PCMMSBTSBSCMSCBSSAPBSSAPL1L2L32023/1/15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）。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

13、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。2023/1/15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，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 BTSMCMLAPDPC

14、MRRBTSM SS7PCMSS7PCMMSBTSBSCMSCBSSAPBSSAPL1L2L32023/1/15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。2023/1/15现代交换技术26三、移动呼叫基本信令过程 PSTN MS 用户过程 M

15、S PSTN 用户过程 MS MS 过程2023/1/15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:建立连接PSTNcallingstationGMSCHLRVLRBSSBSSBSSMSCMS1234567891011 121316101011111114 1517MS被叫信令过程被叫信令过程（PS

16、TN-MS）2023/1/15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 Call2023/1/15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）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

17、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，可以得到被叫用户的局向。然后进行话路接续。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。移动被叫流程移动被叫流程 主叫先拆线拆拆 线线 部部 分分