移動(dòng)交換技術(shù)

1、第5章 移動(dòng)交換技術(shù)51移動(dòng)通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和接口移動(dòng)通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)由移動(dòng)交換子系統(tǒng)（MSS）、基站子系統(tǒng)（BSS）、操作維護(hù)中心（OMC）、移動(dòng)用戶設(shè)備、中繼線路及其傳輸設(shè)備組成。 移動(dòng)交換子系統(tǒng)（MSS）由移動(dòng)關(guān)口局（GMSC）、移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心（MSC）、拜訪位置寄存器（VLR）、歸屬位置寄存器（HLR）、用戶鑒權(quán)中心（AUC）和設(shè)備識(shí)別寄存器（EIR）、短消息業(yè)務(wù)中心（SMSC）、移動(dòng)業(yè)務(wù)匯接中心（TMSC）及信令轉(zhuǎn)接點(diǎn)（STP）等組成。 基站子系統(tǒng)（BSS）由基站控制器（BSC）和基站收/發(fā)信臺(tái)（BTS）組成。 基站子系統(tǒng)BSS 基站子系統(tǒng)BSS可分為兩部分。通過無

2、線接口與移動(dòng)臺(tái)相連的基站收發(fā)信臺(tái)（BTS）以及與移動(dòng)交換中心相連的基站控制器（BSC），BTS負(fù)責(zé)無線傳輸、BSC負(fù)責(zé)控制與管理。 基站收發(fā)臺(tái)(BTS)包括無線傳輸所需要的各種硬件和軟件，如發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、支持各種小區(qū)結(jié)構(gòu)(如全向、扇形、星狀和鏈狀)所需要的天線，連接基站控制器的接口電路以及收發(fā)臺(tái)本身所需要的檢測和控制裝置等。完成BSC與無線信道之間的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)BTS與MS之間通過空中接口的無線傳輸及相關(guān)的控制功能。 BSC是基站系統(tǒng)（BSS）的控制部分，在BSS中起交換作用。 BSC一端可與多個(gè)BTS相連，另一端與MSC和操作維護(hù)中心OMC相連，BSC面向無線網(wǎng)絡(luò)，主要負(fù)責(zé)完成無線網(wǎng)絡(luò)管理、

3、無線資源管理及無線基站的監(jiān)視管理，控制移動(dòng)臺(tái)和BTS無線連接的建立、接續(xù)和拆除等管理，控制完成移動(dòng)臺(tái)的定位、切換和尋呼，提供語音編碼、碼型變換和速率適配等功能，并能完成對基站子系統(tǒng)的操作維護(hù)功能。 移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心MSC 1 移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心MSC是對位于其所覆蓋區(qū)內(nèi)的移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行控制、交換的功能實(shí)體，也是移動(dòng)通信系統(tǒng)與公用電話網(wǎng)PSTN，綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)ISDN，分組交換網(wǎng)PSPDN及其它移動(dòng)通信網(wǎng)的接口。 MSC除了完成固定網(wǎng)中交換中心所完成的呼叫控制等功能外，還要完成無線資源的管理，移動(dòng)性管理等功能。 為了建立至移動(dòng)臺(tái)的呼叫路由，每個(gè)MSC還應(yīng)能完成入口(GMSC)的功能，即查詢移動(dòng)臺(tái)位置信

4、息的功能。 MSC從三種數(shù)據(jù)庫，拜訪位置寄存器（VLR）、歸屬位置寄存器（HLR）和鑒權(quán)中心（AUC）中取得處理用戶呼叫請求所需的全部數(shù)據(jù)。來訪位置寄存器VLR VLR是一個(gè)數(shù)據(jù)庫，用來存儲(chǔ)所有當(dāng)前在其管理區(qū)域活動(dòng)的移動(dòng)臺(tái)有關(guān)數(shù)據(jù)：IMSI、MSISDN、TMSI、MS登記所在的位置區(qū)、補(bǔ)充業(yè)務(wù)參數(shù)、始發(fā)CAMEL簽約信息O-CSI、終結(jié)CAMEL簽約信息T-CSI等。 VLR是一個(gè)動(dòng)態(tài)用戶數(shù)據(jù)庫。VLR從移動(dòng)用戶的歸屬位置寄存器（HLR）處獲取并存貯必要的數(shù)據(jù)，一旦移動(dòng)用戶離開該VLR的控制區(qū)域，在另一個(gè)VLR登記，原VLR將取消該移動(dòng)用戶的數(shù)據(jù)記錄。 VLR通常與MSC合設(shè)在同一個(gè)物理實(shí)體

5、中。歸屬位置寄存器HLR HLR是管理部門用于移動(dòng)用戶管理的數(shù)據(jù)庫。每個(gè)移動(dòng)用戶都應(yīng)在某個(gè)歸屬位置寄存器注冊登記。HLR中主要存儲(chǔ)兩類信息： 用戶的用戶數(shù)據(jù)，包括移動(dòng)用戶識(shí)別號(hào)碼IMSI、MSISDN、基本電信業(yè)務(wù)簽約信息、業(yè)務(wù)限制（例如限制漫游）和始發(fā)CAMEL簽約信息O-CSI、終結(jié)CAMEL簽約信息T-CSI等數(shù)據(jù)； 用戶目前所處位置（當(dāng)前所在的MSC、VLR地址）的信息，以便建立至移動(dòng)臺(tái)的呼叫路由。 鑒權(quán)中心AUC AUC屬于HLR的一個(gè)功能單元部分，專門用于GSM系統(tǒng)的安全性管理。 鑒權(quán)中心產(chǎn)生移動(dòng)用戶的鑒權(quán)三參數(shù)組（隨機(jī)數(shù)RAND、符號(hào)響應(yīng)SRES、加密鍵Kc），用來鑒權(quán)用戶身份的

6、合法性以及對無線接口上的話音、數(shù)據(jù)、信令信號(hào)進(jìn)行加密，防止無權(quán)用戶接入和保證移動(dòng)用戶通信的安全。 通常，HLR、AUC合設(shè)于一個(gè)物理實(shí)體中。 設(shè)備識(shí)別寄存器EIR 設(shè)備識(shí)別寄存器EIR存儲(chǔ)有關(guān)移動(dòng)臺(tái)設(shè)備參數(shù)的數(shù)據(jù)庫。在EIR中存有網(wǎng)中所有移動(dòng)臺(tái)設(shè)備的識(shí)別碼IMEI和設(shè)備狀態(tài)標(biāo)志(白色、灰色、黑色)。 在我國的移動(dòng)通信系統(tǒng)中，沒有設(shè)置設(shè)備識(shí)別寄存器EIR。 短消息中心（SC） 短消息中心提供短消息業(yè)務(wù)功能。 短消息業(yè)務(wù)（SHORT MESSAGE SERVICE：SMS）提供在GSM網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)用戶和移動(dòng)用戶之間發(fā)送訊息長度較短的信息。 點(diǎn) 對點(diǎn)短消息業(yè)務(wù)包括移動(dòng)臺(tái)MS發(fā)起的短消息業(yè)務(wù)MO/PP及

7、移動(dòng)臺(tái)終止的短消息業(yè)務(wù)MT/PP。點(diǎn)對點(diǎn)短消息的傳遞與發(fā)送由短消息中心SC進(jìn)行中繼。 短消息中心的作用像郵局一樣，接收來自各方面的郵件，然后把它們進(jìn)行分揀，再發(fā)給各個(gè)用戶。短消息中心的主要功能是接收、存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)用戶的短消息。 移動(dòng)通信系統(tǒng)的接口 Um接口：是用戶終端設(shè)備MS與基站之間的空中無線接口。 Abis接口：基站收發(fā)信機(jī)BTS與基站控制器BSC之間的接口 A接口：基站控制器BSC與移動(dòng)交換中心MSC之間的信令接口。 B接口：MSC與來訪位置寄存器VLR之間的接口。由于MSC與來訪位置寄存器VLR通常設(shè)置在同一個(gè)物理設(shè)備中，該接口一般為內(nèi)部接口。 C接口：MSC與歸屬位置寄存器HLR之間的

8、接口 D接口：來訪位置寄存器VLR與歸屬位置寄存器HLR之間的接口。 E接口：不同的移動(dòng)交換中心MSC之間的接口。 G接口：不同的來訪位置寄存器VLR之間的接口。 移動(dòng)用戶的ISDN號(hào)碼(MSISDN) MSISDN是主叫用戶為呼叫數(shù)字公用陸地蜂窩移動(dòng)用戶時(shí)所需撥的號(hào)碼。 移動(dòng)用戶的ISDN 號(hào)碼由兩部分組成：國家號(hào)碼國內(nèi)有效移動(dòng)用戶電話號(hào)碼。我國的國家號(hào)碼為86，國內(nèi)有效電話號(hào)碼為一個(gè)十一位數(shù)字的等長號(hào)碼，其結(jié)構(gòu)為：N1N2N3H0H1H2H3ABCD 其中N1N2N3為數(shù)字蜂窩移動(dòng)業(yè)務(wù)接入號(hào)，目前中國移動(dòng)GSM移動(dòng)通信網(wǎng)的業(yè)務(wù)接入號(hào)為135139，中國聯(lián)通GSM移動(dòng)通信網(wǎng)的業(yè)務(wù)接入號(hào)為13

9、0132，中國聯(lián)通CDMA移動(dòng)通信網(wǎng)的業(yè)務(wù)接入號(hào)為133。 H0H1H2H3是用戶注冊所在地的HLR的識(shí)別碼，H0H1H2全國統(tǒng)一分配，H3省內(nèi)分配。 ABCD為每個(gè)HLR中移動(dòng)用戶的號(hào)碼。 通過MSISDN ，可確定用戶注冊所在的HLR。國際移動(dòng)用戶識(shí)別碼IMSI 國際移動(dòng)用戶識(shí)別碼（IMSI）是在數(shù)字公用陸地蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)中，唯一的識(shí)別一個(gè)移動(dòng)用戶的號(hào)碼，為一個(gè)15位數(shù)字的號(hào)碼，結(jié)構(gòu)為： 移動(dòng)國家號(hào)MCC移動(dòng)網(wǎng)號(hào)移動(dòng)用戶識(shí)別碼MSIN 國際移動(dòng)用戶識(shí)別碼（IMSI）由移動(dòng)用戶國家號(hào)碼MCC，移動(dòng)用戶所歸屬PLMN的網(wǎng)號(hào)MNC，移動(dòng)用戶識(shí)別號(hào)碼MSIN三部分組成，總長度為15位。 移動(dòng)國家號(hào)

10、碼MCC，由3位數(shù)字組成，唯一地表示移動(dòng)用戶所屬的國家，我國的移動(dòng)用戶國家號(hào)碼為460。 移動(dòng)網(wǎng)號(hào)MNC，用來識(shí)別移動(dòng)用戶歸屬的移動(dòng)網(wǎng)，中國移動(dòng)900/1800MHz TDMA 數(shù)字公用蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)號(hào)為00，中國聯(lián)通900/1800MHz TDMA 數(shù)字公用蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)號(hào)為01，中國聯(lián)通CDMA移動(dòng)通信網(wǎng)號(hào)為03。 移動(dòng)用戶識(shí)別號(hào)碼是一個(gè)十位數(shù)字的等長號(hào)碼，可由各運(yùn)營商自行確定編號(hào)原則,但移動(dòng)用戶識(shí)別號(hào)碼的前四位與H0H1H2H3之間應(yīng)有一定的對應(yīng)關(guān)系，通過IMSI ，同樣可確定用戶注冊所在的HLR。移動(dòng)用戶漫游號(hào)碼MSRN 移動(dòng)用戶漫游號(hào)碼MSRN是當(dāng)呼叫一個(gè)移動(dòng)用戶時(shí)，為使網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行路由

11、再選擇，VLR臨時(shí)分配給移動(dòng)用戶的一個(gè)號(hào)碼，結(jié)構(gòu)為13SM0M1M2M3ABC。 M0M1M2M3的數(shù)值與H0H1H2H3相同 ABC為各移動(dòng)局中臨時(shí)分配給移動(dòng)用戶的號(hào)碼。 MSRN是在一次接續(xù)中臨時(shí)分配給漫游用戶的，供入口MSC選擇路由用，一旦接續(xù)完畢即釋放該號(hào)碼，以便分配給其他的呼叫使用。該號(hào)碼對用戶是透明的。 臨時(shí)移動(dòng)用戶識(shí)別碼TMSI 為了對IMSI保密，VLR可給來訪移動(dòng)用戶分配一個(gè)唯一的TMSI號(hào)碼，它僅在本地使用，為一個(gè)4字節(jié)的BCD編碼。由各個(gè)VLR自行分配。 位置區(qū)識(shí)別碼LAI 位置區(qū)由若干個(gè)基站區(qū)組成，當(dāng)移動(dòng)臺(tái)在同一位置區(qū)內(nèi)時(shí)可不必向系統(tǒng)進(jìn)行強(qiáng)迫位置登記。當(dāng)呼叫某一移動(dòng)用戶

12、時(shí)，只需在該移動(dòng)臺(tái)當(dāng)前所在的位置區(qū)下屬的各小區(qū)中尋呼即可。位置區(qū)識(shí)別碼LAI由三部分組成： 移動(dòng)國家號(hào)MCC移動(dòng)網(wǎng)號(hào)MNCLAC 其中MCC、MNC與國際移動(dòng)用戶識(shí)別碼（IMSI）中的編碼相同，LAC為2字節(jié)16進(jìn)制的BCD碼，表示為L1L2L3L4。其中L1L2全國統(tǒng)一分配，L1L2L3L4全為0的編號(hào)不用。L3L4由各省分配。 移動(dòng)交換信令系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) UM接口A-BIS接口A接口移動(dòng)應(yīng)用部分MAP 在移動(dòng)通信網(wǎng)中，移動(dòng)交換中心(MSC)至來訪位置寄存器(VLR)的B接口、MSC至歸屬位置登記器的C接口、VLR至HLR的D接口、不同的MSC之間的E接口，MSC至設(shè)備識(shí)別寄存器(EIR)之間的

13、F接口都使用移動(dòng)應(yīng)用部分(MAP)的信令規(guī)程。 MAP是No7信令系統(tǒng)的應(yīng)用層協(xié)議，是事務(wù)處理部分(TC)的用戶。MAP的主要功能是在MSC和HLR，VLR，EIR等網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫之間交換與電路無關(guān)的數(shù)據(jù)和指令，從而支持移動(dòng)用戶漫游、頻道切換和用戶鑒權(quán)等網(wǎng)絡(luò)功能。 MAP信令規(guī)程 移動(dòng)通信應(yīng)用部分有以下幾類信令過程： 位置登記和刪除； 補(bǔ)充業(yè)務(wù)的處理； 呼叫建立期間用戶參數(shù)的檢索； 頻道切換(轉(zhuǎn)換)； 用戶管理； 操作和維護(hù)； 國際移動(dòng)設(shè)備識(shí)別管理； 支持短消息業(yè)務(wù)； 鑒權(quán)。移動(dòng)交換的處理過程 移動(dòng)呼叫處理的特點(diǎn) 1 用戶數(shù)據(jù)集中管理 由于移動(dòng)用戶的位置是經(jīng)常發(fā)生變化的，移動(dòng)用戶的用戶數(shù)據(jù)是由用戶

14、歸屬的HLR集中管理的，HLR中主要存儲(chǔ)兩類信息： 移動(dòng)用戶的用戶數(shù)據(jù)，包括移動(dòng)用戶識(shí)別號(hào)碼IMSI、MSISDN、基本電信業(yè)務(wù)簽約信息、業(yè)務(wù)限制（例如限制漫游）和始發(fā)CAMEL簽約信息O-CSI、終結(jié)CAMEL簽約信息T-CSI等數(shù)據(jù)； 移動(dòng)用戶目前所處位置（當(dāng)前所在的MSC、VLR地址）的信息。同時(shí)在用戶當(dāng)前所在位置的的VLR中也會(huì)保留用戶的部分?jǐn)?shù)據(jù)，在呼叫處理過程中，MSC在需要的時(shí)候要向HLR和VLR查詢相關(guān)用戶數(shù)據(jù)，根據(jù)這些數(shù)據(jù)來完成不同的處理。2. 位置登記與更新 由于移動(dòng)用戶的位置是經(jīng)常發(fā)生變化的，當(dāng)用戶的位置發(fā)生改變時(shí)，必須將用戶當(dāng)前所在的位置報(bào)告給系統(tǒng)。3. 移動(dòng)用戶接入處理

15、 對于MS始發(fā)呼叫，不存在用戶線掃描、撥號(hào)音發(fā)送和收號(hào)等處理過程，MS接入和發(fā)號(hào)通過無線接口信令完成，交換機(jī)的功能主要是檢查MS的合法性及其呼叫權(quán)限。對于MS來話呼叫，則要執(zhí)行尋呼過程。4信道分配 由于無線接口的頻率資源有限，移動(dòng)用戶并沒有固定的業(yè)務(wù)信道和信令信道，而是在通信時(shí)由交換機(jī)按需給MS分配業(yè)務(wù)信道和必要的信令信道。5路由選擇 由于移動(dòng)用戶的位置是經(jīng)常發(fā)生變化的，所以當(dāng)移動(dòng)用戶為被叫時(shí)始發(fā)MSC要向被叫用戶歸屬的HLR查詢用戶的當(dāng)前位置，再由被叫用戶歸屬的HLR向被叫當(dāng)前所在的VLR要求為該次呼叫分配漫游號(hào)碼，始發(fā)MSC通過漫游號(hào)碼來選擇路由6切換 這是移動(dòng)交換區(qū)別于一般交換機(jī)的重要特

16、點(diǎn)，它要求交換機(jī)在用戶進(jìn)入通信階段后繼續(xù)監(jiān)視業(yè)務(wù)信道質(zhì)量，必要時(shí)進(jìn)行切換以保證通信連續(xù)性。位置登記與更新 移動(dòng)通信系統(tǒng)與固定電話系統(tǒng)的一個(gè)主要不同之處就是移動(dòng)臺(tái)MS的位置是在不斷變化的，為了與系統(tǒng)保持聯(lián)系，MS就需要不斷地向系統(tǒng)報(bào)告自己當(dāng)前的位置。 GSM網(wǎng)絡(luò)被劃分為不同的位置區(qū)，位置區(qū)由位置區(qū)識(shí)別碼LAI標(biāo)識(shí)，每個(gè)小區(qū)的廣播信道廣播的系統(tǒng)消息中，都包含該小區(qū)所屬的位置區(qū)識(shí)別碼LAI，每個(gè)MS當(dāng)前所在的位置區(qū)的LAI被保存在MS的SIM卡和該MS位于的VLR中。 MS進(jìn)行位置更新的時(shí)間 MS進(jìn)入了新的位置區(qū)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)前小區(qū)廣播信道廣播的系統(tǒng)消息中包含的位置區(qū)識(shí)別碼LAI與SIM卡中保存的LAI不

17、一致時(shí) 系統(tǒng)定義的周期性位置更新 位置更新的兩種情況 在GSM系統(tǒng)中有三個(gè)地方需要知道位置信息：HLR、VLR和MS（SIM卡），在MS的位置發(fā)生變化時(shí)需要保持三者的一致性，在VLR和SIM卡中保存的位置信息是MS當(dāng)前所在的位置區(qū)識(shí)別碼LAI，在MS歸屬的HLR中保存的位置信息是MS當(dāng)前所在的VLR號(hào)碼。 同一MSC/VLR區(qū)不同的LAI的位置更新，只需更新VLR和MS（SIM卡）中的位置信息 不同MSC/VLR區(qū)不同的LAI的位置更新，需更新HLR、VLR和MS（SIM卡）中的位置信息。 僅涉及VLR與HLR的位置登記和刪除過程 在位置更新過程中，如果移動(dòng)用戶(MS)用其識(shí)別碼(IMSI)來

18、標(biāo)識(shí)自身時(shí)，其位置更新過程只涉及用戶新進(jìn)入?yún)^(qū)域的MSCVLR及用戶注冊所在地的HLR。 MS新進(jìn)入的位置的VLR MS原來登記位置的VLR 用戶注冊所在地的HLR 涉及到前一個(gè)VLR的位置更新 當(dāng)MS從MSC/VLRB管轄的區(qū)域進(jìn)入MSC/VLRA管轄的區(qū)域，在位置登記時(shí)用MSC/VLRB分配給它的臨時(shí)號(hào)碼TMSI來標(biāo)識(shí)自己時(shí)的位置更新/刪除過程 經(jīng)過位置更新過程后，管轄MS當(dāng)前所在區(qū)域的VLR中已存放了該用戶主要的用戶數(shù)據(jù)，MS注冊的HLR中也已存放了該用戶的位置信息。MS原來登記位置的VLR已刪除該用戶的用戶數(shù)據(jù)。 查詢被叫手機(jī)的位置的過程 短消息處理流程 短消息業(yè)務(wù)是一項(xiàng)新的移動(dòng)增值業(yè)務(wù)，短消息業(yè)務(wù)（SHORT MESSAGE SERVICE：SMS）提供在移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)用戶和移動(dòng)用戶之間發(fā)送長度較短的信息。 短消息業(yè)務(wù)功能是一種類似于傳呼機(jī)的業(yè)務(wù)功能，但是它具有尋呼網(wǎng)絡(luò)無法具備的優(yōu)點(diǎn)：即保證消息到達(dá)和雙向?qū)ず艄δ堋?短消息能通過移動(dòng)通信系統(tǒng)的信令信道實(shí)現(xiàn)消息傳送，具有節(jié)省無線資源，傳輸迅速和價(jià)格低廉等特點(diǎn)。 與短消息處理有關(guān)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖 短消息中心的主要功能是接收、存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)用戶的短消息。 發(fā)送短消息的流程 手機(jī)將短信發(fā)送給MSC， MSC根據(jù)短信中攜帶的短消息中心的標(biāo)