《現(xiàn)代交換技術(機工社)》教學課件-第4章-移動交換技術-2移動通信網(wǎng)主要信令

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現(xiàn)代交換技術

ModernSwitchingTechnology第4章移動交換技術2023/6/51第4章移動交換技術4.2移動通信網(wǎng)主要信令4.3通用分組無線電業(yè)務GPRS4.1移動通信網(wǎng)絡4.43G核心網(wǎng)4.54G/LTE核心網(wǎng)4.65G核心網(wǎng)2023/6/5《現(xiàn)代交換技術》22023/6/5《現(xiàn)代交換技術》3移動通信要解決的關鍵問題眾多的基站中，手機如何判斷它位于哪個基站下？如何知道基站的相關信息？網(wǎng)絡如何知道不斷移動的手機身在何處？通話過程中，手機可能從一個基站的覆蓋范圍移動到另一個基站的覆蓋范圍，怎樣才能保持通話的不中斷？如何保證無線系統(tǒng)的安全性（號碼不被盜、通話不被竊聽）？?問題一：手機如何發(fā)現(xiàn)基站？手機接入網(wǎng)絡：每個手機不是固定占用無線信道方法：基站主動“廣播”消息給手機手機如何收聽基站的廣播？調(diào)整接收頻率，鎖定基站（選擇信號強度最大的小區(qū)）廣播內(nèi)容：頻率校正信息、時間同步信息、基站標識、位置區(qū)…4我在哪個基站下？

PSTN南京市御道街標營用戶…固定連接手機同步基站后，進行登記注冊，同時記錄位置信息，存入MSSIM卡2023/6/5《現(xiàn)代交換技術》2023/6/5《現(xiàn)代交換技術》5發(fā)“尋人啟事”“全網(wǎng)發(fā)布”

VS“局部發(fā)布”基本思路：

--全網(wǎng)劃分若干“位置區(qū)”，并通過廣播告知手機--手機發(fā)現(xiàn)位置區(qū)變化，上報網(wǎng)絡新的位置區(qū)，網(wǎng)絡記載在數(shù)據(jù)庫（位置寄存器）中。

--當呼叫該手機時，查找數(shù)據(jù)庫，確定手機當前位置區(qū)，由該位置區(qū)中的基站對手機進行尋呼。Xx，你在哪？Xx，你在哪？Xx，你在哪？√思考一：手機何時發(fā)送位置消息？思考二：位置區(qū)劃分多大合適？問題二：網(wǎng)絡如何發(fā)現(xiàn)手機？2023/6/5《現(xiàn)代交換技術》6

位置區(qū)范圍的選擇，不能太大也不能太小，具體取決于該地區(qū)實際的通信業(yè)務量，屬于工程問題，由運營商決定。思考一：手機何時發(fā)送位置消息？

--變化即發(fā)送

--周期性發(fā)送，過期未報：“手機不在服務區(qū)”思考二：位置區(qū)劃分多大合適？Xx，你在哪？Xx，你在哪？問題二：網(wǎng)絡如何發(fā)現(xiàn)手機？位置登記與更新位置登記：移動臺向基站發(fā)送報文，表明自己所處的位置的過程。位置信息登記處：HLR：當前MSC/VLR號VLR：當前LAIMSSIM卡：LAI位置更新移動臺跨越位置區(qū)時，需要向系統(tǒng)登記其位置的變化，這個過程稱為位置更新。2023/6/5《現(xiàn)代交換技術》72023/6/5《現(xiàn)代交換技術》8位置更新的不同情況情況①：相同MSC/VLR情況②：不同MSC/VLRMSC1MSC2VLR1VLR2HLRBSCBSCBSC①②LA3LA1LA2對情況①處理：修改VLR1的LAI情況②處理：新VLR2增加LAI修改HLR刪舊VLR1對應LAI9位置更新基本流程MS用戶漫游到新的位置區(qū)

(不同的MSC/VLR)2023/6/5《現(xiàn)代交換技術》9位置登記和位置更新小結(jié)開/關機位置登記和注銷IMSIAttachedIMSIDetached(MS首次開機：初始化，注冊登記，相關位置信息存入HLR、VLR和SIM卡)正常位置更新當MS移動過程中發(fā)現(xiàn)廣播LAI與SIM卡存儲不一致，主支發(fā)起位置更新過程，同時修改網(wǎng)絡位置信息。相同VLR：VLR內(nèi)部更新。不同VLR：新VLR添加記錄，舊VLR刪除記錄，HLR更新。周期性位置更新為防MS非正常關機、失去信號等情況,

MSC周期性向所有MS發(fā)送位置登記請求,使網(wǎng)絡時刻保持與MS的聯(lián)系。網(wǎng)絡如何始終知道MS所處的位置或狀態(tài)？2023/6/5《現(xiàn)代交換技術》102023/6/5《現(xiàn)代交換技術》11問題三：如何保證“動中通”？切換（Handover）：通話中手機從一個小區(qū)進入到另一小區(qū)時，網(wǎng)絡把手機從原小區(qū)占用的信道轉(zhuǎn)換到新小區(qū)的某一信道，保證通話不中斷，即“不掉線”。硬切換：移動臺先切斷與原基站的聯(lián)系，再接入新基站。軟切換：移動臺和相鄰的兩個基站同時保持聯(lián)系，當與新基站取得可靠通信后，再切斷與原基站的通信。（無縫切換）硬切換和軟切換GSM：支持硬切換；CDMA：支持軟切換思考一：什么時候發(fā)起切換？接收信號的強度、通話質(zhì)量思考二：如何實現(xiàn)切換？2023/6/5《現(xiàn)代交換技術》12何時切換？BSC根據(jù)基站接收到移動臺的平均信號強度、誤碼率測試報告、信噪比等參數(shù)確定。2023/6/5《現(xiàn)代交換技術》13切換控制MS輔助的切換：網(wǎng)絡要求MS測量其周圍基站的信號并把結(jié)果報告給舊基站，網(wǎng)絡根據(jù)測試結(jié)果決定何時進行切換以及切換到哪一個基站。特點：時間快，切換過程1～2s，信號中斷小于1s。第二代GSM、CDMA都采用此方法。2023/6/5《現(xiàn)代交換技術》14切換的不同情況

MSCMSCBSCBSCBSCBTSBTSBTSBTSMSMSMSMS12342023/6/5《現(xiàn)代交換技術》15MSC內(nèi)部切換流程相同MSC/VLR區(qū)，不同BSC下小區(qū)間的切換

BSC1BSC22023/6/5《現(xiàn)代交換技術》16思考：如何實現(xiàn)鑒權和加密呢？如何鑒別接入系統(tǒng)的用戶是否“合法”？

--鑒權防止無線信道“竊聽”？

--加密問題四：如何保證無線通信的安全？2023/6/5《現(xiàn)代交換技術》17如何實現(xiàn)鑒權？

如何鑒別接入系統(tǒng)的用戶是否“合法”？（鑒權）合法：已付費并獲得接入網(wǎng)絡的資格方法：SIM卡（IMSI號+內(nèi)置Ki參數(shù)）鑒權算法A3TTKi鑒權算法A3SRESRAND鑒權響應SRES生成過程2023/6/5《現(xiàn)代交換技術》18鑒權過程Step1:根據(jù)RAND值,請說口令Step2:（IMSI，SRES）注意：每次的SRES值不一樣哦！Step3（IMSI，SRES）鑒權中心Step4：一致，OKStep5：一致，OK2023/6/5《現(xiàn)代交換技術》19如何實現(xiàn)加密？防止無線信道“竊聽”？（加密）方法：SIM卡（IMSI號+內(nèi)置Ki參數(shù)）密鑰算法A8、加密算法A5Ki密鑰算法A8KcRAND密鑰Kc生成過程密鑰Kc+原始話音信號進行A5運算加密的比特流每次的Kc不一樣哦！2023/6/5《現(xiàn)代交換技術》20AUC中產(chǎn)生三參數(shù)組的過程2023/6/5《現(xiàn)代交換技術》21移動通信中四個關鍵問題手機如何找到基站？網(wǎng)絡如何找到手機？如何保證“動中通”？如何保證無線通信安全？小區(qū)廣播位置登記與更新越區(qū)切換鑒權和加密2023/6/5《現(xiàn)代交換技術》22二、GSM主要接口及信令協(xié)議棧模型UmMSMSBTSBSCMSCBTSBSCCMMMRRMMLAPDmUmL1LAPDmUmL1LAPDPCMRR’

BTSMCMLAPDPCMRR’BTSM

AbisASS7PCMSS7PCMMSBTSBSCMSCBSSAPBSSAPL1L2L32023/6/5《現(xiàn)代交換技術》23241.物理層（第一層）為高層信息的傳輸提供基本的無線信道（包括提供各種不同功能的邏輯信道，每個邏輯信道有它自己的服務接入點）。GSM中的信道分為物理信道和邏輯信道。一個物理信道就是一個時隙（TS），邏輯信道（業(yè)務信道和控制信道）是根據(jù)BTS和MS之間傳遞的信息種類的不同而定義的。

2023/6/5《現(xiàn)代交換技術》24252.數(shù)據(jù)鏈路層（第二層）在MS和基站之間建立可靠的專用數(shù)據(jù)鏈路，L2協(xié)議基于ISDN的D信道鏈路接入?yún)f(xié)議（LAP-D），但作了修改，因而在Um接口的L2協(xié)議稱之為LAP-Dm。

CMMMRRMMLAPDmUmL1LAPDmUmL1LAPDPCMRR’

BTSMCMLAPDPCMRR’BTSM

SS7PCMSS7PCMMSBTSBSCMSCBSSAPBSSAPL1L2L32023/6/5《現(xiàn)代交換技術》253.應用層/信令層（第三層）對各種業(yè)務進行控制和管理，包括三個子層：RR（無線資源管理）：無線信道分配、釋放、切換、性能監(jiān)視和控制。MM（移動性管理）：位置更新、鑒權、開機附著、關機分離、TMSI分配和設備識別等CM（連接管理）：負責呼叫控制（補充業(yè)務和SMS控制）。包括來、去話建立、連接中斷后呼叫重建和DTMF傳送等。2023/6/5《現(xiàn)代交換技術》26三、移動呼叫基本信令過程PSTNMS用戶過程MSPSTN用戶過程MSMS過程2023/6/5《現(xiàn)代交換技術》27MobileTerminatedCall1:呼叫一個GSM用戶2:向GMSC發(fā)出呼叫請求3:將呼叫請求傳送到被叫HLR4,5:從MS所在VLR查詢MSRN6:將當前MSC信息發(fā)送給GMSC7:向當前的MSC發(fā)起呼叫8,9:查詢MS的當前狀態(tài)10,11:在區(qū)群內(nèi)尋呼MS12,13:MS應答14,15:鑒權與加密16,17:建立連接PSTNcallingstationGMSCHLRVLRBSSBSSBSSMSCMS12345678910111213161010111111141517MS被叫信令過程（PSTN->MS）2023/6/5《現(xiàn)代交換技術》28主叫信令過程(MS->PSTN)1,2:建立連接3,4:鑒權5-8:路由選擇及接續(xù)9-10:呼叫建立PSTNGMSCVLRBSSMSCMS12653491078MobileOriginatedCall2023/6/5《現(xiàn)代交換技術》29主叫接入階段、鑒權階段流程移動主叫流程（一）1、接入階段主要包括：信道請求，立即指配，業(yè)務請求等步驟。經(jīng)過這個階段，手機和基站建立了暫時固定的關系。2、鑒權加密階段主要包括：鑒權請求，鑒權響應，加密模式等步驟。經(jīng)過這個階段，主叫用戶的身份已經(jīng)得到了確認，網(wǎng)絡認為主叫用戶是一個合法用戶，允許繼續(xù)處理該呼叫。TCH指配階段、取被叫路由信息階段流程1、TCH指配階段主要包括：指配命令，指配完成。經(jīng)