第二章通信管理

1、YINDA Tech.YINDA移動通信移動通信 網(wǎng)絡在能夠建立一個網(wǎng)絡在能夠建立一個呼叫之前呼叫之前,必須弄清必須弄清 三個問題：三個問題：用戶的位置用戶的位置用戶識別用戶識別用戶需求用戶需求關于用戶信息關于用戶信息YINDA Tech.YINDA移動通信移動通信移動通信與傳統(tǒng)固網(wǎng)的區(qū)別移動通信與傳統(tǒng)固網(wǎng)的區(qū)別為為 了了 給給 用用 戶提戶提 供供 所所 請請 求求 的的 服服 務務 ， 用用 戶戶 必必 須須被被 定定 位位 和和 識識 別別YINDA Tech.YINDA用戶登記用戶登記YINDA Tech.YINDA更新用戶信息更新用戶信息YINDA Tech.YINDA提供服務提供服

2、務YINDA Tech.YINDAGSM用戶用戶本地數(shù)據(jù)庫拜訪位置數(shù)據(jù)庫提供的服務提供的服務提供的服務提供的服務YINDA Tech.YINDAGSM 數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫 (1)SIM 卡包含的信息用于安全處理的信息用戶識別臨時網(wǎng)絡信息訪問網(wǎng)絡的權利 適用網(wǎng)絡用戶識別模塊 (SIM)YINDA Tech.YINDAGSM 數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫 (2)本地位置寄存器 (HLR)永久的數(shù)據(jù)用戶訪問的拜訪位置寄存器（VLR）的經(jīng)常性更新 拜訪位置寄存器 (VLR)臨時數(shù)據(jù)只有在用戶拜訪此覆蓋區(qū)域時存在在 HLR中更新總是與移動服務交換中心 (MSC)一起存在 VLRHLRMSCYINDA Tech.YINDA數(shù)據(jù)

3、庫更新數(shù)據(jù)庫更新HLRVLRMSCGSMNetworkBSSSIMYINDA Tech.YINDA登記和數(shù)據(jù)庫登記和數(shù)據(jù)庫用戶使用網(wǎng)絡服務前必須先登記用戶使用網(wǎng)絡服務前必須先登記網(wǎng)絡在不同數(shù)據(jù)庫的幫助下跟蹤用戶網(wǎng)絡在不同數(shù)據(jù)庫的幫助下跟蹤用戶YINDA Tech.YINDAHLR以永久的方式儲存用戶的基本數(shù)據(jù)。在HLR 中，唯一變化的數(shù)據(jù)是用戶的當前位置(VLR 地 址) 。然而在VLR中，用戶數(shù)據(jù)被暫時儲存。當用戶移動至另一VLR區(qū)時，用戶數(shù)據(jù)將從舊的VLR中刪除,并存儲到新的VLR中 。YINDA Tech.YINDA位置更新位置更新移動臺收集由無線網(wǎng)絡廣播的信息移動臺在SIM卡中存儲所處

4、的位置區(qū)域移動臺繼續(xù)收集網(wǎng)絡的廣播信息如果廣播的位置信息與存儲在SIM卡中的位置信息不同，則開始一個位置更新進程HLRVLRMSC (old)VLRMSC (new)LocationUpdateYINDA Tech.YINDA位置更新過程位置更新過程BSSMSMSCVLRHLRLOC. UP. REQUESTSEND OWN IDAUTHENTICATIONALL OKHLR UPDATEREQUEST SUBSCRIBER INFOSEND SUBSCRIBER INFOREQUEST SUBSCRIBER IDYINDA Tech.YINDAGSM網(wǎng)絡中固話始發(fā)的通話的建立網(wǎng)絡中固話始發(fā)的

5、通話的建立 (1)MSISDNPSTN被撥打的號碼稱為移動用戶國際ISDN碼 (MSISDN)MSISDN = CC + NDC + SNCC: 國家代碼NDC: 國內目的地代碼SN: 用戶號碼358505527268358 = 國家代碼 (芬蘭)50 = 國內目的地代碼 (Radiolinja)5527268 = 用戶號碼YINDA Tech.YINDAGSM網(wǎng)絡中固話始發(fā)的通話的建立網(wǎng)絡中固話始發(fā)的通話的建立(2)PSTN 將呼叫路由至GSM網(wǎng)絡與 PSTN相連的MSC叫做網(wǎng)關移動業(yè)務交換中心 (GMSC). GMSC 分析接收到的 MSISDN唯一知道此刻一個GSM用戶在何處位置的數(shù)據(jù)庫

6、是 HLRGMSC 從 HLR得到將呼叫路由至何處的路由信息 這個過程成為 HLR 請求請求HLRVLRGMSCGSM NetworkMSISDNPSTNYINDA Tech.YINDAGSM網(wǎng)絡中固話始發(fā)的通話的建立網(wǎng)絡中固話始發(fā)的通話的建立(3)HLR 在他的數(shù)據(jù)庫中查找. HLR 數(shù)據(jù)庫中包含的內容:MSISDN: 358505527268IMSI: 244052200002345VLR address: xyzSubscriber data: Services.IMSI = MCC + MNC + MSINIMSI: International Mobile Subscriber Id

7、entityMCC: Mobile Country code (3 digits)MNC: Mobile Network Code (2 digits)MSIN: Mobile Subscriber Identity Number (10 digits)244052200002345244: MCC of Finland05: MNC of Radiolinja2200002345: MSINYINDA Tech.YINDAGSM網(wǎng)絡中固話始發(fā)的通話的建立網(wǎng)絡中固話始發(fā)的通話的建立(4)HLRVLRGMSCGSM NetworkMSCMSISDNPSTNVLRElements involved

8、 in call set up inside the GSM networkYINDA Tech.YINDAGSM網(wǎng)絡中固話始發(fā)的通話的建立網(wǎng)絡中固話始發(fā)的通話的建立(5)HLR 在他的數(shù)據(jù)庫中取出用戶的VLR的地址.HLR 向目標 MSC/VLR發(fā)送一個路由請求信息目標MSC/VLR 給這個呼叫分配一個臨時的移動臺漫游號MSRN，MSRN = CC + NDC + SNMSRN 的組成結構和 MSISDN是一樣的. MSISDN中的SN對應于HLR數(shù)據(jù)庫中的一個用戶數(shù)據(jù), 而 MSRN 中的SN對應于 VLR數(shù)據(jù)庫中的用戶數(shù)據(jù)MSRN 也包含有充分的信息能使 GMSC將呼叫路由至目標 MSC

9、HLRVLRMSCVLRMSCRequest MessageYINDA Tech.YINDAGSM網(wǎng)絡中固話始發(fā)的通話的建立網(wǎng)絡中固話始發(fā)的通話的建立(6) 目標MSC在將MSRN發(fā)送給HLRHLR 再將此MSRN發(fā)送給始發(fā)呼叫的 MSC始發(fā)呼叫的MSC分析這個 MSRN.“電話號碼” 結構式的MSRN使得呼叫能被路由到目標 MSC, 無論目標的位置在哪里.358 50 456456HLRMSCMSCYINDA Tech.YINDA網(wǎng)絡交換子系統(tǒng)概述網(wǎng)絡交換子系統(tǒng)概述 （1）網(wǎng)元: MSC, VLR, HLR功能呼叫建立移動性管理信令處理 (來自 BSS的, 其他網(wǎng)絡的, 其他 NSS網(wǎng)元的)

10、用戶數(shù)據(jù)處理為移動呼叫定位終接者的位置AirAO & MVLRMSCVLRMSCHLRYINDA Tech.YINDA位置區(qū)域位置區(qū)域MSC/VLR 區(qū)域被細分為較小的區(qū)域叫做位置區(qū)域（LA）.用戶在這塊區(qū)域中移動時不需要向網(wǎng)絡發(fā)起一個普通的位置更新一個LA的最大可以是一個MSC區(qū)域，最小可以是一個小區(qū).尋呼是在移動用戶現(xiàn)在所處的LA中的所有小區(qū)內進行的LAI = MCC + MNC + LACLAI = Location Area IdentityMCC = Mobile Country CodeMNC = Mobile Network CodeLAC = Location Area Cod

11、eReception RestaurantBarPoolLA 1 VLRMSCLA 5LA 4LA 3LA 2YINDA Tech.YINDA基站子系統(tǒng)基站子系統(tǒng)網(wǎng)元: 基站控制器 (BSC), 基站 (BTS), Transcoder (TC)功能:無線通道控制， BTS 和TC 控制, 保持與 MSC的同步Air 和 A 接口的信令處理, MS-NSS之間連接的建立 移動性管理, 語音編解碼Collection of Statistical data BTSTCBSCBSCTCBTSBTSYINDA Tech.YINDA 不同地區(qū)的話務量不同地區(qū)的話務量夜生活區(qū)工業(yè)區(qū)Correspondi

12、ng Traffic TimesYINDA Tech.YINDA小區(qū)小區(qū)一個MSC包含若干個BSS。一個BSS本身可能覆蓋相當大的地理區(qū)域并由許多小區(qū)組成 (一個小區(qū)指由一個或多個頻率資源覆蓋的區(qū)域)。每個小區(qū)由一個稱為全球小區(qū)標識 (CGI)的識別碼識別 。CGI由下列各部分組成 ：CGI = MCC + MNC + LAC + CIYINDA Tech.YINDABSC與位置區(qū)與位置區(qū)BSC 區(qū) 和 位 置 區(qū) 之 間 并 沒 有 關 系 ， BSC 除 了 承擔無線網(wǎng)控制這一重要角色 ，它還作為集線器使用 因此，BSC 只與話務連接和無線資源有關而位置區(qū)的目的是方便尋呼處理 (尋找用戶)

13、。YINDA Tech.YINDAMSC - BSC - BTS 之間的連接之間的連接BTSBTSMSCBSCYINDA Tech.YINDAPAGING尋呼是由位置區(qū)向所有小區(qū)發(fā)出的一個信號（包含用戶的識別碼）。位置區(qū)內所有的移動臺都收到尋呼信號 ，但只有其中一個判斷出識別碼并作出應答 。應答的結果是建立一個點到點連接 。YINDA Tech.YINDAGSM網(wǎng)絡中呼叫建立的簡化步驟網(wǎng)絡中呼叫建立的簡化步驟PSTNGMSCHLRMSC/VLRACALL SETUP (MSISDN)ANALYSE NUMBERCALL SETUP (MSISDN)IMSIMSRNMSISDNMSRNCALL

14、SETUP (MSRN)PAGINGSpeechSignallingYINDA Tech.YINDA移動用戶始發(fā)呼叫移動用戶始發(fā)呼叫移動用戶撥打了一個號碼. MSC分析主叫用戶的數(shù)據(jù). 然后根據(jù)分析的結果，做三件事情:授權或拒絕網(wǎng)絡的使用激活被請求的業(yè)務呼叫路由選擇如果呼叫的號碼屬于是同個網(wǎng)絡的移動臺的MSISDN號碼, MSC啟動HLR 查詢過程以得到MSRN.這個過程和PSTN始發(fā)呼叫的過程是一樣的若被撥打的是固網(wǎng)號碼：呼叫通過GMSC被路由至PSTNYINDA Tech.YINDA移動用戶始發(fā)的簡便過程移動用戶始發(fā)的簡便過程EXCGMSCHLRMSCVLRBSSMS1. channel

15、assignment2. security procedures3. call setup4. check services etc.5. all ok6. call is proceeding8.set up the call9. call set up done10. alert7. traffic channel allocated11. B answersYINDA Tech.YINDA位置更新的類型位置更新的類型開機又稱 “IMSI Attach” “Location Registration”每次在移動臺開機的時候執(zhí)行一般性的每次在移動臺改變位置區(qū)域的時候執(zhí)行周期性的ELSE，定時

16、器時間到計時器的值是由網(wǎng)絡運營商制定的VLRMSCLA 2LA 1ONYINDA Tech.YINDA位置登記-開機通知拜訪位置寄存器 (VLR)它已回到網(wǎng)絡中并能接受呼 叫了成功登記后，網(wǎng)絡向移動臺發(fā)送兩個號碼 ，它們被存儲 在移動臺的SIM(用戶識別模塊)卡中 TMSI :用于安全目的 ，避免用戶的IMSI在空中接口 之上被發(fā)送 LAI: 位置區(qū)識別碼YINDA Tech.YINDA位置更新請求位置更新請求每次移動臺通過控制信道接收數(shù)據(jù)，它讀取LAI并和存放在SIM卡中的LAI進行比較。如果它們不同 , 就執(zhí)行一個一般性的位置更新位置更新請求正常情況下由MS發(fā)起YINDA Tech.YIN

17、DA位置更新請求消息位置更新請求消息 請求消息中包含了用戶標識(即 IMSI/TMSI)和存儲在SIM卡 中的LAI。當目的地MSC/VLR 收到請求后 ，它讀取當前 為移動電話服務的MSC/VLR 的舊的LAI。兩個MSC/VLRs 之間的信令連接就建立起來了 ，然后用戶的 IMSI從舊的 MSC 傳送至新的MSC。 根據(jù)這個IMSI,新的 MSC從HLR請求得到用戶數(shù)據(jù) ，鑒權之后 ，更新VLR和 HLR中的用戶數(shù)據(jù) 。YINDA Tech.YINDA周期性位置更新周期性位置更新 一 個 計 時 器 控 制 周 期 性 的 位 置 更 新 ， 并 且 VLR 的 運 營商 設 定 計 時

18、器 的 值 。 網(wǎng) 絡 廣 播 這 個 計 時 器 的 值 ， 因 此移 動 臺 知 道 周 期 性 的 位 置 更 新 計 時 器 的 值 。 因 此 ， 當設 置 的 時 間 一 到 ， 移 動 臺 通 過 發(fā) 送 位 置 更 新 信 號 啟 動一 個 登 記 過 程 。 VLR 接 收 請 求 并 確 認 移 動 臺 在 同 一 位置 區(qū) 的 登 記 。YINDA Tech.YINDA一般性的位置更新的過程一般性的位置更新的過程MSBSSMSCVLRnewVLRoldHLR1. channel assignment2. location update request7.security

19、procedures3. request subscriber identity9. update HLR10. update acknowledgement12. location cancelling accepted11. cancel old location8. update location4. provide subscriber identity5. request subscriber data6. provide subscriber dataYINDA Tech.YINDA切換的概念切換的概念 當當 用用 戶戶 從從 一一 個個 小小 區(qū)區(qū) 覆覆 蓋蓋 的區(qū)的區(qū) 域域 移

20、移 至至 另另 一一 個個 時時 ， 必必 須須 要要 建建 立立 與與 目目 標標 小小 區(qū)區(qū) 的的 新新 連接連接 ， 與與 舊舊 的的 小小 區(qū)區(qū) 的的 連連 接接 要要 釋釋 放放 。YINDA Tech.YINDA切換切換話務量的原因當一個小區(qū)的移動用戶接近最大容量, 在小區(qū)比較邊緣的用戶被切換至容量較低的鄰區(qū). MSC 做出的決定話音質量和強度的原因當一個移動用戶在呼叫的過程中處于移動狀態(tài)中，可能從一個小區(qū)移動到另一個小區(qū). 先前小區(qū)的頻率可能不再可用. 移動臺被切換到新的小區(qū). 由BSC決定是否要執(zhí)行切換.四種類型的切換YINDA Tech.YINDA小區(qū)內小區(qū)內 BSC內切換內

21、切換AirATCBTSBSCNew ChannelOld ChannelYINDA Tech.YINDA小區(qū)間小區(qū)間 BSC內切換內切換AirATCBTSBTSBSCOld Cell / BTSNew Cell / BTSYINDA Tech.YINDA小區(qū)間小區(qū)間-BSC間切換間切換AirABTSOld Cell / BTSNew Cell / BTSBTSBSCTCBSCTCVLRMSCYINDA Tech.YINDAMSC間切換間切換 (1)AirABTSOld Cell / BTSNew Cell / BTSBTSBSCTCBSCTCVLRMSCVLRMSCYINDA Tech.YIN

22、DAMSC 間切換間切換 (2) 原先的MSC被成為 Anchor MSC.呼叫從源 MSC 路由至目標 MSC.一個呼叫從一個MSC切換到另一個MSC需要一個路由號碼源MSC向目標MSC請求一個切換號碼 (HON). 目標MSC分配一個切換號碼給源小區(qū). 格式同 MSRN.HON = CC + NDC + SNYINDA Tech.YINDA切換號的功能切換號的功能 錨 定 MSC/VLR 從 BSS 接 收 切 換 信 息 判斷出目的地在另一個MSC的區(qū)域范圍內 通過信令網(wǎng)向目標MSC發(fā)送一個切換請求目標 目標MSC 通過產生一個 HON并將其送至錨定 MSC/VLR 作 為 應 答 錨定

23、局執(zhí)行一個數(shù)字分析以便獲得必要的路由信息 ,這個信息允許服務的MSC/VLR連接至目標MSC 兩個MSC完成連接,呼叫被傳送至新的路由YINDA Tech.YINDAMSC間切換的過程間切換的過程 (3)MSBSSoldMSColdMSCnewBSSnew3. request HON1. measurement reports2. handover requiredMS (after HO)6. provide HON and target cell info4. request for radio resources5. radio resources reserved7. set up s

24、peech connection (HON)8. handover command9. handover complete10. handover complete11. connect12. release old connectionsYINDA Tech.YINDA計費計費 Installation fee Renting of the service Use of the network收費目標? 不同的收費方式YINDA Tech.YINDA影響呼叫價格的因素影響呼叫價格的因素基本服務的類型呼叫進行的時間呼叫持續(xù)的時間呼叫的目的地呼叫始發(fā)方網(wǎng)絡的使用補充業(yè)務的使用無線資源的使用漫游Y

25、INDA Tech.YINDA對誰收費對誰收費?Calling PartyWhere is theCalled Party?Bill to subscriberPSTNBCPath ofthe callMSCBCHLRCharging Transfer ofCharging dataBillingMSCBSCPLMN 1PLMN 2YINDA Tech.YINDA收費數(shù)據(jù)的收集收費數(shù)據(jù)的收集計費依據(jù)的許多因素處理呼叫的MSC進行收集信息作為收費依據(jù)收集的信息被存儲在計費記錄中BTSBSCHLRPSTNMSCCharging RecordYINDA Tech.YINDA呼叫涉及的網(wǎng)元呼叫涉及的網(wǎng)

26、元BTSBSCMSCPSTNHLRMSCBSCYINDA Tech.YINDA收費數(shù)據(jù)的傳送收費數(shù)據(jù)的傳送收費數(shù)據(jù)存儲在MSC中當收費記錄達到了一定的數(shù)量，被傳送到計費中心Billing Centre 計費中心根據(jù)計費表中的信息為用戶提供帳單BTSBSCMSCPSTNHLRX.25Billing Centre (BC)MSCYINDA Tech.YINDAGSM記費記費服 務 的 運 營 者控 制 整 個 計 費 過 程 ， 在 呼 叫 一 建 立 就 開 始 了 同 時 在 服 務 的 MSC/VLR 中 打 開 計 費 記 錄 ?？?的 來 說 ， 涉 及 呼 叫 的 建 立 的 第 一

27、個 和 最 后 一 個 MSC 收 集 計 費 記 錄 。切 換 期 間 計 費 記 錄 并 不 會 傳 送 至 新 的 MSC， 取 而 代 之 的 是 第 一 個 MSC 在 整 個 呼 叫 期 間 維 持 呼 叫 記 錄 。YINDA Tech.YINDAGSM 網(wǎng)絡結構網(wǎng)絡結構YINDA Tech.YINDANSS和和OSS子系統(tǒng)中的其他網(wǎng)元子系統(tǒng)中的其他網(wǎng)元網(wǎng)絡交換子系統(tǒng) (NSS)鑒權中心 (AC)設備鑒定寄存器 (EIR)都是被用在安全方面的基站子系統(tǒng) (BSS)碼型轉換器(TC)負責對我們的語音編解碼對語音速率在16K和64K之間轉換YINDA Tech.YINDATC的位置的

28、位置MSCBSCTCTCTCTCSM2MA InterfaceAter InterfaceAter InterfaceYINDA Tech.YINDA網(wǎng)絡管理子系統(tǒng)網(wǎng)絡管理子系統(tǒng)NMS (NMS/2000)BSCHLR/AC/EIRTCSMOMC-FEMSC/VLRUnixWorkstationsDatabase andCommunicationsServersNMS/2000GSM NetworkOMC-FE = Operation and Maintenance Centre - Front EndYINDA Tech.YINDANMS 的功能的功能(1)故障管理從網(wǎng)元中收集告警報告定位故

29、障位置YINDA Tech.YINDANMS 的功能的功能(2)配置管理無線網(wǎng)絡資源的配置管理管理保持網(wǎng)元狀態(tài)的最新數(shù)據(jù)YINDA Tech.YINDANMS 的功能的功能(3)性能管理從網(wǎng)元收集性能測量報告分析，調整YINDA Tech.YINDA安全性有關安全性有關鑒權用戶驗證加密空中接口的用戶數(shù)據(jù)加密IMEI 檢查根據(jù)國際移動設備識別碼鑒定移動設備的合法性 (IMEI)用戶保密避免用戶 IMSI 在空中接口被廣播YINDA Tech.YINDA鑒權鑒權每個用戶都有個標識密鑰 Ki, 存儲在鑒權中心 (AC) and SIM 卡不在空中接口暴露的情況下比較 Ki 在呼叫建立和位置更新之前都

30、要進行鑒權* IMSI* KiAVLRMSCAC* IMSI* KiAirYINDA Tech.YINDA安全算法安全算法 不在空中接口傳送的情況下檢查Ki使用單向算法, A3, 以一個隨機數(shù) (RAND) 和 Ki 作為輸入，產生數(shù)字應答SRESSRES 在 AC 和SIM中計算, 并在VLR中比較作為鑒權之用使用加密密鑰, Kc 來加密用戶語音數(shù)據(jù). Kc 是用 A8算法產生的用戶語音加密過程：以數(shù)字化的語音和Kc作為輸入使用 A5算法得到加密在基站 (BTS) 和用戶移動設備 (ME)之間使用 YINDA Tech.YINDA安全算法的位置安全算法的位置AAirVLRMSCBTSTCBS

31、CME + SIMA5ACA3A8A5A3A8YINDA Tech.YINDA鑒權三要數(shù)鑒權三要數(shù)鑒權是在為用戶服務的VLR中完成的VLR可以是在用戶注冊的網(wǎng)絡之外的 (例如漫游)每次鑒權都需要專門的信令將SRES傳送到VLR AC 產生一個 SRES數(shù),并將他和相應的隨機數(shù)RAND和加密密鑰Kc一起發(fā)送到服務于用戶的VLR VLR 使用三要數(shù)完成鑒權三要數(shù)中任一缺少，將向 AC請求重發(fā)YINDA Tech.YINDA鑒權三要數(shù)的產生鑒權三要數(shù)的產生ACVLRRandom NumberGeneratorKiA3RANDAuthentication TripletA8SRESRANDAuthen

32、tication TripletSRESKcKcYINDA Tech.YINDA鑒權過程鑒權過程RANDSRESKcAuthentication TripletBSCBTSA3A8KiKcRANDKcSRESMSSIMVLRComparisonYINDA Tech.YINDA語音加密語音加密SPEECH/DATABTSA5A5TDMAKcA5A5TDMAKcENCRYPTEDSPEECH/DATASPEECH/DATAYINDA Tech.YINDA用戶保密用戶保密IMSI 是一個用戶的機密的標識符在成功地進行一次位置更新后, 一個移動用戶被分配給一個臨時移動用戶識別符 (TMSI). 下次用戶和GSM網(wǎng)絡進行通信時，將使用 TMSI作為身份標識符每次成功的鑒權后，TMSI將重新進行分配TMSI的格式是由網(wǎng)絡運營商決定的. 通常它是一個32位的二進制數(shù)字此外，SIM卡中的個人身份識別碼PIN在MS 使用前必須正確輸入。YINDA Tech.YINDA業(yè)務業(yè)務什么是業(yè)務?使用GSM網(wǎng)絡提供的設施的用戶行為業(yè)務的分類電信業(yè)務承載服務業(yè)務基