GSM移動臺開機登陸和關(guān)機實驗

1、 GSM移動臺開機登陸和關(guān)機實驗一、 實驗?zāi)康?、了解GSM移動終端開機后接入網(wǎng)絡(luò)進入工作狀態(tài)的全過程；2、掌握GSM移動終端開機入網(wǎng)位置登記的信令過程；3、掌握GSM移動終端關(guān)機離開網(wǎng)絡(luò)的信令過程。二、 預(yù)備知識1、GSM移動終端開機搜索網(wǎng)絡(luò)的過程；2、GSM移動終端同基站建立RR連接的信令過程；3、GSM移動終端開機入網(wǎng)時IMSI附著的信令；4、GSM移動終端關(guān)機時IMSI分離涉及到的信令。三、 實驗儀器1、移動通信實驗箱 一臺；2、臺式計算機 一臺；四、 實驗原理1、移動臺開機搜索網(wǎng)絡(luò)的過程當(dāng)移動終端MS開機或者從盲區(qū)進入覆蓋區(qū)時，手機將尋找PLMN（公共陸地移動網(wǎng)絡(luò)）允許的所有頻點，搜

2、尋最強的BCCH載頻，接收到FCCH信道信息，鎖定到一個正確載頻頻率上。緊接著，MS開始解碼SCH信道上與同步有關(guān)的信息。這時，MS也可以接收BCCH信道上有關(guān)小區(qū)信息的系統(tǒng)消息了。MS比較系統(tǒng)消息中所攜帶的本小區(qū)的LAI和手機中所存儲的LAI。如果兩者相同，則觸發(fā)IMSI附著過程。否則，則觸發(fā)正常位置更新。本實驗主要進行IMSI附著的信令過程，及其MSC/VLR數(shù)據(jù)庫中對于此MS記錄的改變情況。而正常的位置更新過程將在移動性管理實驗中介紹。GSM網(wǎng)絡(luò)中位置更新程序包括三類：IMSI附著、正常位置更新、周期性位置更新。從信令角度上看，周期性位置更新的信令過程同IMSI附著相似，目的是周期性向網(wǎng)

3、絡(luò)報告MS的可達性。有了周期性的位置更新，當(dāng)移動臺開機進入盲區(qū)的時候，MS就不會向網(wǎng)絡(luò)進行周期性的位置更新，網(wǎng)絡(luò)就將此MS標(biāo)記為隱含關(guān)機狀態(tài)，這時如果有其他的MS呼叫此MS，MSC/VLR就不會對此MS進行呼叫，而是直接告訴主呼的MSC/VLR，被叫MS不在服務(wù)區(qū)。從而避免了不必要的尋呼過程，節(jié)省了資源。2、IMSI附著的信令過程介紹圖5.2.1-1是MS進行IMSI附著的信令過程。由于IMSI附著是一個由MM層完成的特定程序。MM層消息交互的建立是以RR層連接建立為前提的。信令過程中，首先是MS收到來自基站（BS）的系統(tǒng)消息，其中包含了基站廣播的本小區(qū)的LAI號，由于這個LAI號同MS中先前

4、存儲的LAI號相同。即表示MS上次關(guān)機時所處的位置區(qū)同現(xiàn)在開機時所處的位置區(qū)相同。從而MS開始IMSI附著的信令過程。首先，是MS和BS之間建立RR連接的過程。這個過程我們在4.1.4節(jié)中已做了具體的介紹。這里在（1）（2）（3）步中再做簡單的介紹。（1）MS在RACH隨機接入信道上發(fā)送CHANNEL REQUEST消息；（2）BS收到CHANNEL REQUEST消息后，在下行的AGCH接入許可信道上發(fā)送IMMEDIATE ASSIGNMENT 消息，其中包括BS給MS分配的專用控制信道的物理信息。圖5.2.1-1 MS進行IMSI附著的信令過程（3）收到IMMEDIATE ASSIGNME

5、NT信息，MS的調(diào)整到分配的專用信道上，發(fā)送SABM幀，其中包含的層3消息為LOCATION UPDATING REQUEST，這個消息中包含的參數(shù)有：位置更新的類型（可以是正常位置更新、IMSI附著或者周期性位置更新，則這里位置更新類型就是IMSI附著）；MS所在位置域的LAI；MS的IMSI。（4）BS收到包含有LOCATION UPDATING REQUEST內(nèi)容的SABM幀后，所做的操作：向MS回發(fā)SABM的響應(yīng)UA幀，UA幀的內(nèi)容同SABM中的內(nèi)容完成相同，MS收到內(nèi)容與SABM完全相同的UA幀后，則MS的數(shù)據(jù)鏈路層進入證實傳遞模式BS將LOCATION UPDATING REQUE

6、ST消息轉(zhuǎn)發(fā)給MSC/VLR。因為MM層的程序執(zhí)行是由MSC/VLR完成的。（5）MSC/VLR收到LOCATION UPDATING REQUEST消息，則要進行位置更新程序。則位置更新程序之前，要進行MM層的一個公共程序，也就是鑒權(quán)程序，鑒權(quán)程序的目的是確認(rèn)移動臺通過空中接口傳送的IMSI是否為合法的簽約IMSI，即鑒別用戶SIM卡的真實性，防止無權(quán)用戶接入網(wǎng)絡(luò)。在每次位置登記，呼叫（主呼與被呼）建立，或執(zhí)行某些補充業(yè)務(wù)的登記、刪除前均需要鑒權(quán)。鑒權(quán)的執(zhí)行過程如下：MSC/VLR向MS發(fā)送鑒權(quán)請求消息AUTHENTICATION REQUEST。在MSC/VLR中存儲了來自AUC鑒權(quán)中心的

7、用戶三參數(shù)組（RAND、SRES、Kc）。SRES是由隨機數(shù)RAND和密鑰Ki通過A3算法得到的符號響應(yīng)。MSC/VLR通過鑒權(quán)請求消息將隨機數(shù)RAND發(fā)送給MS。MS的SIM卡中也存儲有密鑰Ki和A3算法的程序。因此MS收到RAND后，讓隨機數(shù)RAND和密鑰Ki通過A3算法得到符號響應(yīng)SRES，并且將SRES通過鑒權(quán)響應(yīng)消息AUTHENTICATION RESPONSE發(fā)送給MSC/VLR。MSC/VLR比較SRES和SRES。若兩者相同，則表示MS是合法的用戶，鑒權(quán)成功；否則鑒權(quán)失敗，向MS發(fā)送LOCATION UPDATING REJECT消息。為了保證空中接口數(shù)據(jù)的安全性，網(wǎng)絡(luò)還可以在

8、鑒權(quán)之后啟動加密程序。在加密模式下，空中接口上的數(shù)據(jù)首先都要進行加密，接收端進行相應(yīng)的解密，但這個過程并不是必須的。由網(wǎng)絡(luò)運營商設(shè)備所決定。（6）鑒權(quán)過程完成之后，MSC/VLR對LOCATION UPDATING REQUEST消息進行處理。MSC/VLR在其維護的參數(shù)列表中尋找同LOCATION UPDATING REQUEST消息中包含的IMSI相同的那行記錄，將其中“是否附著”這一項標(biāo)識為“已附著”；并向MS發(fā)送LOCATION UPDATING ACCEPT消息。（7）在LOCATION UPDATING ACCEPT消息或者LOCATION UPDATING REJECT消息發(fā)送完

9、畢后，IMSI附著過程完成，開始鏈路釋放的過程。MSC/VLR向BS發(fā)送CLEAR消息，BS收到CLEAR消息，則向MS發(fā)送CHANNEL RELEASE消息。MS收到CHANNEL RELEASE消息，則向BS發(fā)送數(shù)據(jù)鏈路層LAPDm的DISC幀。BS收到DISC幀后，將釋放MSC與BS之間的鏈路；并向MS回送對于DISC幀響應(yīng)的UA幀。MS收到UA幀后，則進入空閑狀態(tài)，釋放RR連接。至此，整個IMSI附著過程完成。3、MS關(guān)機的信令過程介紹圖5.2.1-2是關(guān)機的信令過程。關(guān)機的過程同其他的過程相同，開始是MS和BS之間進行RR連接的建立過程。之后在MS發(fā)向MSC/VLR的SABM幀中就包

10、含消息IMSI DETACH INDICATION。收到這條消息以后，MSC/VLR就將與此MS對應(yīng)的記錄改為“未附著”狀態(tài)。圖5.2.1-2 MS關(guān)機的信令過程MSC/VLR維護IMSI的附著與否，作用在于當(dāng)別的MS呼叫此MS時，MSC/VLR對此MS尋呼之前，先查看是否附著這一位，若已附著則進行正常的尋呼，否則就不進行尋呼，直接告訴對方的MSC/VLR此MS未開機或者不在服務(wù)區(qū)。五、實驗步驟1、通過串行口將實驗箱和電腦連接，給實驗箱上電。將與實驗箱相連的電腦上的學(xué)生平臺程序打開。在主界面上雙擊“開機登陸”實驗圖標(biāo)，進入此實驗界面。2、點擊界面上的“初始化”鍵?？吹较⒖蛑谐霈F(xiàn) “初始化”完

11、成。3、點擊界面上“查看參數(shù)列表”鍵，觀察MS參數(shù)列表，可以查看到本MS對應(yīng)的IMSI。再根據(jù)此IMSI去觀察MSC/VLR中同本MS的IMSI相同的那條記錄，可以看到在“是否附著”一欄中，目前的狀態(tài)為“未附著”。4、點擊界面上的“開機”開機鍵，觀察消息框中顯示的開機的信令過程。開機信令過程若正常結(jié)束，會彈出對話框“開機過程完成，已經(jīng)完成IMSI附著，手機處于空閑狀態(tài)”。這時，再次觀察MSC/VLR列表，可以看到同本MS的IMSI相同的那條記錄中“是否附著”一欄，目前的狀態(tài)變?yōu)椤耙迅街薄?、到目前為止，正常的開機過程結(jié)束，緊接著點擊界面上的“關(guān)機”鍵，觀察消息框中顯示的關(guān)機信令過程。關(guān)機信令

12、過程若正常結(jié)束，會彈出對話框“關(guān)機結(jié)束”。這時，點擊界面上“查看參數(shù)列表”鍵，再次觀察MSC/VLR列表，可以看到同本MS的IMSI相同的那條記錄中“是否附著”一欄，目前的狀態(tài)變?yōu)椤拔锤街薄?、由于從MS到達MSC/VLR的信令通過了MS和BS之間的無線信道、BS和MSC/VLR之間的有線信道，因此LOCATION UPDATING REQUEST消息出錯的情況會偶爾出現(xiàn)，若出現(xiàn)這種情況，IMSI附著會失敗，信令會顯示“LOCATION UPDATING REJECT”；IMSI附著失敗的信令結(jié)束后，會彈出對話框：IMSI附著失敗，可按“開機”鍵重新開始。這時，可按動“開機”鍵重新進行IMSI附著過程。7、以上所有的信令過程我們都是在正常模式下進行的，這時信令交互的速度比較快。為了更清晰的掌握信令的交互過程，我們可以選擇界面上的“單步”鍵。然后按動“初始化”鍵。這樣實驗就進入單步執(zhí)行狀態(tài)。這時候，