《GSM信令流程》課件

GSM信令流程GSM信令流程是移動(dòng)通信系統(tǒng)中，用于控制和協(xié)調(diào)用戶(hù)設(shè)備、基站和網(wǎng)絡(luò)之間通信的信號(hào)流程。它基于信令協(xié)議，定義了各種消息類(lèi)型和交換格式，以確保移動(dòng)通信的可靠性和效率。RMbyRoyMillerGSM網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)概述蜂窩結(jié)構(gòu)GSM網(wǎng)絡(luò)采用蜂窩結(jié)構(gòu)，將覆蓋區(qū)域劃分為若干個(gè)六邊形小區(qū)，每個(gè)小區(qū)都有一個(gè)基站。無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)（RAN）負(fù)責(zé)與移動(dòng)終端進(jìn)行通信，由基站、基站控制器（BSC）和無(wú)線(xiàn)資源管理中心（RNC）組成。核心網(wǎng)核心網(wǎng)負(fù)責(zé)管理移動(dòng)用戶(hù)，處理呼叫和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，由移動(dòng)交換中心（MSC）、歸屬位置寄存器（HLR）、鑒權(quán)中心（AUC）等組成。GSM網(wǎng)絡(luò)分層結(jié)構(gòu)1物理層物理層負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為無(wú)線(xiàn)信號(hào)，并通過(guò)空中接口進(jìn)行傳輸。2數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)對(duì)物理層傳輸?shù)男盘?hào)進(jìn)行糾錯(cuò)和重傳，并進(jìn)行流量控制。3網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)路由和尋址，將數(shù)據(jù)包從源節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)侥康墓?jié)點(diǎn)。4應(yīng)用層應(yīng)用層負(fù)責(zé)提供各種應(yīng)用服務(wù)，例如語(yǔ)音通話(huà)、短信服務(wù)和數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。物理層信令流程1時(shí)隙分配每個(gè)時(shí)隙對(duì)應(yīng)一個(gè)用戶(hù)2信道編碼使用卷積碼進(jìn)行編碼3交織提高抗突發(fā)噪聲能力4調(diào)制使用GMSK調(diào)制方式數(shù)據(jù)鏈路層信令流程1幀結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)鏈路層使用幀結(jié)構(gòu)傳輸數(shù)據(jù)，包含信令信息和用戶(hù)數(shù)據(jù)。幀結(jié)構(gòu)包含幀頭、幀體和幀尾。幀頭包含同步信息和地址信息，幀體包含用戶(hù)數(shù)據(jù)，幀尾包含校驗(yàn)信息。2信道類(lèi)型GSM數(shù)據(jù)鏈路層使用多種信道，包括流量信道、控制信道和廣播信道。流量信道用于傳輸用戶(hù)數(shù)據(jù)，控制信道用于控制信令交換，廣播信道用于廣播系統(tǒng)信息。3信道接入手機(jī)通過(guò)接入控制信道訪(fǎng)問(wèn)網(wǎng)絡(luò)資源，并通過(guò)流量信道傳輸數(shù)據(jù)。控制信道用于控制信令交換，流量信道用于傳輸用戶(hù)數(shù)據(jù)。手機(jī)需要在數(shù)據(jù)鏈路層完成信道接入和數(shù)據(jù)傳輸。網(wǎng)絡(luò)層信令流程連接建立MSC向SGSN發(fā)送連接請(qǐng)求，SGSN向BSC發(fā)送連接請(qǐng)求。數(shù)據(jù)傳輸MSC通過(guò)SGSN和BSC與用戶(hù)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。連接釋放MSC向SGSN發(fā)送連接釋放請(qǐng)求，SGSN向BSC發(fā)送連接釋放請(qǐng)求。路由選擇MSC通過(guò)SGSN進(jìn)行路由選擇，選擇最佳路徑將數(shù)據(jù)發(fā)送給目標(biāo)用戶(hù)設(shè)備。移動(dòng)性管理信令流程1位置更新用戶(hù)移動(dòng)到新的位置后，向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送位置更新請(qǐng)求。2尋呼網(wǎng)絡(luò)發(fā)送尋呼消息，查找用戶(hù)。3注冊(cè)用戶(hù)進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)后，需要向網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行注冊(cè)，以獲取服務(wù)。移動(dòng)性管理信令流程是指用戶(hù)在GSM網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)時(shí)，所涉及的信令流程。移動(dòng)性管理流程能夠確保用戶(hù)始終保持連接，并能接收來(lái)自網(wǎng)絡(luò)的呼叫和數(shù)據(jù)。注冊(cè)過(guò)程初始狀態(tài)手機(jī)開(kāi)機(jī)后，處于初始狀態(tài)，沒(méi)有與網(wǎng)絡(luò)建立連接。發(fā)送注冊(cè)請(qǐng)求手機(jī)向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送注冊(cè)請(qǐng)求，包含手機(jī)的IMEI、IMSI等信息。網(wǎng)絡(luò)驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)驗(yàn)證手機(jī)的合法性，檢查手機(jī)是否已注冊(cè)，是否在服務(wù)區(qū)內(nèi)等。分配臨時(shí)標(biāo)識(shí)網(wǎng)絡(luò)分配一個(gè)臨時(shí)標(biāo)識(shí)（TMSI）給手機(jī)，用于后續(xù)通信。注冊(cè)成功網(wǎng)絡(luò)向手機(jī)發(fā)送注冊(cè)成功消息，手機(jī)正式接入GSM網(wǎng)絡(luò)。尋呼過(guò)程1基站廣播尋呼消息基站廣播尋呼消息，包含手機(jī)的MSISDN和尋呼區(qū)域。2手機(jī)接收尋呼消息手機(jī)接收尋呼消息，并根據(jù)消息內(nèi)容判斷是否為自身尋呼。3手機(jī)響應(yīng)尋呼消息手機(jī)響應(yīng)尋呼消息，發(fā)送尋呼響應(yīng)消息，通知基站手機(jī)已接收到尋呼消息。呼叫發(fā)起過(guò)程1用戶(hù)發(fā)起呼叫用戶(hù)按下手機(jī)上的撥號(hào)鍵，輸入目標(biāo)用戶(hù)的電話(huà)號(hào)碼。2移動(dòng)臺(tái)發(fā)送呼叫請(qǐng)求移動(dòng)臺(tái)將呼叫請(qǐng)求發(fā)送給基站，包含目標(biāo)用戶(hù)的電話(huà)號(hào)碼、呼叫類(lèi)型等信息。3基站轉(zhuǎn)發(fā)呼叫請(qǐng)求基站將呼叫請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)給MSC，并提供用戶(hù)的身份信息、位置信息等。4MSC處理呼叫請(qǐng)求MSC根據(jù)目標(biāo)用戶(hù)的信息，查詢(xún)其位置并建立連接。MSC通過(guò)網(wǎng)絡(luò)層將呼叫請(qǐng)求發(fā)送至目標(biāo)用戶(hù)的基站。目標(biāo)用戶(hù)的基站將呼叫請(qǐng)求發(fā)送給目標(biāo)用戶(hù)的手機(jī)。手機(jī)響鈴，用戶(hù)可以選擇接聽(tīng)或拒接。呼叫接聽(tīng)過(guò)程1接聽(tīng)通知手機(jī)收到接聽(tīng)通知消息2呼叫建立手機(jī)與基站建立語(yǔ)音連接3接聽(tīng)確認(rèn)手機(jī)發(fā)送接聽(tīng)確認(rèn)消息呼叫接聽(tīng)過(guò)程是手機(jī)用戶(hù)接聽(tīng)來(lái)電的信令流程。手機(jī)收到來(lái)電通知后，用戶(hù)可以選擇接聽(tīng)或拒接。接聽(tīng)時(shí)，手機(jī)會(huì)向基站發(fā)送接聽(tīng)確認(rèn)消息，并建立語(yǔ)音連接。呼叫重定向過(guò)程請(qǐng)求重定向移動(dòng)臺(tái)向基站發(fā)送重定向請(qǐng)求消息。轉(zhuǎn)發(fā)重定向基站將重定向請(qǐng)求消息轉(zhuǎn)發(fā)到MSC。更新重定向MSC接收到重定向請(qǐng)求消息后，更新呼叫的目的地號(hào)碼，并向移動(dòng)臺(tái)發(fā)送重定向指示消息。重新呼叫移動(dòng)臺(tái)收到重定向指示消息后，重新呼叫新的目標(biāo)號(hào)碼。呼叫保持過(guò)程1呼叫保持請(qǐng)求用戶(hù)按下“保持”鍵，發(fā)出保持請(qǐng)求。手機(jī)向基站發(fā)送保持請(qǐng)求消息。2基站處理基站收到保持請(qǐng)求消息，將當(dāng)前通話(huà)狀態(tài)設(shè)置為保持狀態(tài)，并將保持請(qǐng)求消息轉(zhuǎn)發(fā)到交換機(jī)。3交換機(jī)處理交換機(jī)收到保持請(qǐng)求消息，將通話(huà)狀態(tài)設(shè)置為保持狀態(tài)，并向用戶(hù)手機(jī)發(fā)送保持確認(rèn)消息。4恢復(fù)通話(huà)用戶(hù)按下“恢復(fù)”鍵，手機(jī)向基站發(fā)送恢復(fù)請(qǐng)求消息。基站將通話(huà)狀態(tài)恢復(fù)為正常狀態(tài)。呼叫釋放過(guò)程1釋放請(qǐng)求呼叫方發(fā)送釋放請(qǐng)求2釋放確認(rèn)被叫方收到釋放請(qǐng)求并確認(rèn)3釋放完成釋放完成呼叫釋放過(guò)程是結(jié)束通話(huà)的關(guān)鍵步驟。當(dāng)用戶(hù)想要結(jié)束通話(huà)時(shí)，會(huì)發(fā)送釋放請(qǐng)求，并等待對(duì)方確認(rèn)。釋放確認(rèn)收到后，系統(tǒng)會(huì)釋放相關(guān)資源，完成通話(huà)結(jié)束。手機(jī)上下線(xiàn)過(guò)程手機(jī)上下線(xiàn)是GSM網(wǎng)絡(luò)中一項(xiàng)重要的功能，允許用戶(hù)在需要時(shí)連接和斷開(kāi)網(wǎng)絡(luò)。1手機(jī)開(kāi)機(jī)手機(jī)開(kāi)機(jī)后，會(huì)搜索附近的基站。2注冊(cè)過(guò)程手機(jī)向基站發(fā)送注冊(cè)請(qǐng)求。3鑒權(quán)過(guò)程基站驗(yàn)證手機(jī)身份。4網(wǎng)絡(luò)接入手機(jī)成功連接到GSM網(wǎng)絡(luò)。手機(jī)下線(xiàn)是指手機(jī)斷開(kāi)與GSM網(wǎng)絡(luò)的連接。用戶(hù)可以選擇主動(dòng)下線(xiàn)，例如關(guān)閉手機(jī)電源，或者由于信號(hào)強(qiáng)度不足導(dǎo)致自動(dòng)下線(xiàn)。短信息服務(wù)信令流程短信息服務(wù)(SMS)是GSM網(wǎng)絡(luò)中重要的功能之一，它允許用戶(hù)在移動(dòng)設(shè)備之間發(fā)送和接收短文本消息。1短信發(fā)送用戶(hù)在手機(jī)上輸入短信內(nèi)容并選擇接收者。2短信路由手機(jī)將短信發(fā)送至SMSC，由其負(fù)責(zé)路由到目標(biāo)手機(jī)。3短信接收目標(biāo)手機(jī)收到來(lái)自SMSC的短信，并將其顯示給用戶(hù)。漫游注冊(cè)過(guò)程手機(jī)進(jìn)入新運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)手機(jī)漫游到新運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)，需要進(jìn)行漫游注冊(cè)。發(fā)送漫游注冊(cè)請(qǐng)求手機(jī)向目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送漫游注冊(cè)請(qǐng)求，包含手機(jī)身份信息、當(dāng)前位置等信息。目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)驗(yàn)證身份目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)驗(yàn)證手機(jī)身份，檢查漫游權(quán)限，并分配臨時(shí)標(biāo)識(shí)和漫游信息。手機(jī)接收漫游信息手機(jī)收到目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的漫游信息，完成漫游注冊(cè)過(guò)程，并更新自身狀態(tài)。漫游尋呼過(guò)程1尋呼請(qǐng)求HLR接收到來(lái)自VLR的尋呼請(qǐng)求，并識(shí)別出目標(biāo)MS的漫游位置。2尋呼轉(zhuǎn)發(fā)HLR將尋呼請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)到目標(biāo)MS所在的GSM網(wǎng)絡(luò)中的VLR。3尋呼廣播VLR在目標(biāo)MS所在的基站中廣播尋呼信息，使目標(biāo)MS收到尋呼信息。漫游呼叫過(guò)程1發(fā)起呼叫用戶(hù)在漫游地發(fā)起呼叫2尋呼漫游地MSC尋呼用戶(hù)3尋呼成功用戶(hù)手機(jī)接收到尋呼信息4呼叫接聽(tīng)用戶(hù)接聽(tīng)電話(huà)漫游呼叫過(guò)程是指用戶(hù)在漫游地發(fā)起呼叫，并成功接通電話(huà)的過(guò)程。此過(guò)程涉及到多個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，包括漫游地MSC、歸屬地MSC、VLR、HLR等。分組服務(wù)信令流程數(shù)據(jù)包傳輸GSM網(wǎng)絡(luò)支持?jǐn)?shù)據(jù)包傳輸，例如互聯(lián)網(wǎng)訪(fǎng)問(wèn)或文件傳輸，通過(guò)GPRS（通用分組無(wú)線(xiàn)服務(wù)）技術(shù)。數(shù)據(jù)包分組數(shù)據(jù)被分成數(shù)據(jù)包，每個(gè)數(shù)據(jù)包包含數(shù)據(jù)內(nèi)容和控制信息，例如數(shù)據(jù)包類(lèi)型、源地址和目標(biāo)地址。數(shù)據(jù)包路由網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)包路由到正確的目的地，并確保數(shù)據(jù)包的順序正確。數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)之間轉(zhuǎn)發(fā)，最終到達(dá)接收方手機(jī)。位置更新過(guò)程1移動(dòng)臺(tái)移動(dòng)手機(jī)離開(kāi)當(dāng)前小區(qū)范圍，進(jìn)入到新的小區(qū)覆蓋區(qū)域。2位置更新請(qǐng)求手機(jī)向新的基站發(fā)送位置更新請(qǐng)求，包含手機(jī)身份信息和位置信息。3位置更新確認(rèn)基站確認(rèn)手機(jī)位置更新請(qǐng)求，并更新手機(jī)的位置信息到歸屬位置寄存器（HLR）。附加信息傳送過(guò)程1發(fā)起端手機(jī)發(fā)送附加信息請(qǐng)求2網(wǎng)絡(luò)側(cè)識(shí)別附加信息并轉(zhuǎn)發(fā)3接收端接收附加信息并處理附加信息傳送過(guò)程是指在GSM網(wǎng)絡(luò)中，用戶(hù)可以發(fā)送各種類(lèi)型的附加信息，例如短信、彩信等，并將信息發(fā)送到目標(biāo)手機(jī)。呼叫轉(zhuǎn)接過(guò)程1呼叫者發(fā)起轉(zhuǎn)接請(qǐng)求呼叫者按下轉(zhuǎn)接鍵，并輸入被轉(zhuǎn)接方號(hào)碼2網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)請(qǐng)求網(wǎng)絡(luò)將轉(zhuǎn)接請(qǐng)求發(fā)送給被轉(zhuǎn)接方3被轉(zhuǎn)接方接聽(tīng)被轉(zhuǎn)接方確認(rèn)接聽(tīng)轉(zhuǎn)接的呼叫4連接建立網(wǎng)絡(luò)建立呼叫者與被轉(zhuǎn)接方的連接呼叫轉(zhuǎn)接過(guò)程允許呼叫者將當(dāng)前通話(huà)轉(zhuǎn)接到另一個(gè)號(hào)碼。網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)將轉(zhuǎn)接請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)到目標(biāo)號(hào)碼，并建立新的通話(huà)連接。呼叫轉(zhuǎn)移過(guò)程1呼叫轉(zhuǎn)移請(qǐng)求移動(dòng)臺(tái)向網(wǎng)絡(luò)發(fā)起呼叫轉(zhuǎn)移請(qǐng)求，并提供目標(biāo)號(hào)碼。2網(wǎng)絡(luò)處理請(qǐng)求網(wǎng)絡(luò)驗(yàn)證用戶(hù)身份和權(quán)限，并將呼叫轉(zhuǎn)移信息存儲(chǔ)在用戶(hù)配置文件中。3呼叫轉(zhuǎn)移生效用戶(hù)手機(jī)收到呼叫轉(zhuǎn)移信息，呼叫轉(zhuǎn)移功能生效。4呼叫到達(dá)當(dāng)用戶(hù)手機(jī)處于通話(huà)狀態(tài)或無(wú)法接聽(tīng)時(shí)，呼叫將被轉(zhuǎn)移至目標(biāo)號(hào)碼。5目標(biāo)號(hào)碼接聽(tīng)目標(biāo)號(hào)碼接聽(tīng)電話(huà)，完成呼叫轉(zhuǎn)移過(guò)程。密鑰更新過(guò)程1密鑰生成鑒權(quán)中心生成新的加密密鑰。2密鑰分發(fā)通過(guò)信令通道將密鑰發(fā)送給基站。3密鑰存儲(chǔ)基站將新密鑰存儲(chǔ)在安全區(qū)域。4密鑰更新基站向手機(jī)發(fā)送指令更新密鑰。密鑰更新是GSM系統(tǒng)安全機(jī)制的一部分，用于防止竊聽(tīng)和篡改。定期更新密鑰可以增強(qiáng)系統(tǒng)安全性，確保通信的安全可靠性。鑒權(quán)過(guò)程身份驗(yàn)證移動(dòng)臺(tái)向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送請(qǐng)求，提供移動(dòng)臺(tái)識(shí)別碼和身份驗(yàn)證參數(shù)。計(jì)算鑒權(quán)碼網(wǎng)絡(luò)根據(jù)移動(dòng)臺(tái)識(shí)別碼和身份驗(yàn)證參數(shù)計(jì)算鑒權(quán)碼。比對(duì)鑒權(quán)碼移動(dòng)臺(tái)根據(jù)接收到的鑒權(quán)碼和自身計(jì)算的鑒權(quán)碼進(jìn)行比對(duì)。驗(yàn)證結(jié)果如果鑒權(quán)碼匹配，則網(wǎng)絡(luò)允許移動(dòng)臺(tái)接入網(wǎng)絡(luò)。加密過(guò)程1A3算法生成會(huì)話(huà)密鑰2A8算法生成鑒權(quán)密鑰3加密算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密GSM網(wǎng)絡(luò)采用A3和A8算法生成加密密鑰。A3算法使用隨機(jī)數(shù)和鑒權(quán)密鑰生成會(huì)話(huà)密鑰。A8算法使用隨機(jī)數(shù)和鑒權(quán)密鑰生成鑒權(quán)密鑰。加密算法對(duì)語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、信令等信息進(jìn)行加密，確保信息傳輸安全性。安全性分析加密算法采用A5/1、A5/3等算法，確保通話(huà)內(nèi)容安全。鑒權(quán)SIM卡身份驗(yàn)證，防止非法用戶(hù)接入。位置追蹤通過(guò)基站位置信息，可追蹤用戶(hù)位置。安全漏洞存在破解風(fēng)險(xiǎn)，需加強(qiáng)安全防護(hù)措施。系統(tǒng)容量分析影響因素主要因素包括基站數(shù)量、信道容量、用戶(hù)數(shù)量、業(yè)務(wù)類(lèi)型等。