實(shí)驗(yàn)一移動(dòng)通信技術(shù)實(shí)驗(yàn) GSM移動(dòng)臺(tái)開(kāi)機(jī)

1、實(shí)驗(yàn)一 GSM移動(dòng)臺(tái)開(kāi)機(jī)、關(guān)機(jī)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 了解GSM移動(dòng)終端開(kāi)機(jī)后入網(wǎng)過(guò)程2 掌握GSM移動(dòng)終端開(kāi)機(jī)入網(wǎng)位置登記的信令流程3 掌握GSM移動(dòng)終端二、預(yù)備知識(shí)1、GSM移動(dòng)終端開(kāi)機(jī)搜索網(wǎng)絡(luò)的過(guò)程；2、GSM移動(dòng)終端同基站建立RR連接的信息過(guò)程；3、GSM移動(dòng)終端開(kāi)機(jī)入網(wǎng)時(shí)IMSI附著的信令；4、GSM移動(dòng)終端關(guān)機(jī)時(shí)IMSI分離涉及到的信令；三、實(shí)驗(yàn)儀器1、移動(dòng)通信試驗(yàn)箱一臺(tái)；2、臺(tái)式計(jì)算機(jī)一臺(tái)； 四、實(shí)驗(yàn)原理1、移動(dòng)臺(tái)開(kāi)機(jī)搜索網(wǎng)絡(luò)的過(guò)程當(dāng)移動(dòng)終端MS開(kāi)機(jī)或者從盲區(qū)進(jìn)入覆蓋區(qū)時(shí)，手機(jī)將尋找PLMN（公共陸地移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)）允許的所有頻點(diǎn)，收尋最強(qiáng)的BCCH載頻，接收到FCCH信道信息，鎖定到一個(gè)

2、正確載頻頻率上。緊接著，MS開(kāi)始解碼SCH信道上與同步有關(guān)的信息。這時(shí)，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(jī)中所存儲(chǔ)的LAI。如果兩者相同，則觸發(fā)IMSI附著過(guò)程。否則，則觸發(fā)正常位置更新。本實(shí)驗(yàn)主要進(jìn)行IMSI附著的信令過(guò)程，及其MSC/VLR數(shù)據(jù)庫(kù)中對(duì)于此MS記錄的改變情況。而正常的位置更新過(guò)程將在移動(dòng)性管理實(shí)驗(yàn)中介紹。GSM網(wǎng)絡(luò)中位置更新程序包括三類(lèi)：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(guò)程同附著相似，目的是周期性向網(wǎng)絡(luò)報(bào)告的可達(dá)性。有了周期性的位置更新，當(dāng)移動(dòng)臺(tái)開(kāi)機(jī)進(jìn)入盲區(qū)的時(shí)候

3、，就不會(huì)向網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行周期性的位置更新，網(wǎng)絡(luò)就將此標(biāo)記為隱含關(guān)機(jī)狀態(tài)，這時(shí)如果有其他的呼叫此，就不會(huì)對(duì)此進(jìn)行呼叫，而是直接告訴主呼的，被叫不在服務(wù)區(qū)。從而避免了不必要的尋呼過(guò)程，節(jié)省了資源。、附著的信令過(guò)程介紹圖是進(jìn)行附著的信令過(guò)程。由于IMSI附著是一個(gè)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。信令過(guò)程中，首先是MS收到來(lái)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(hào)，由于這個(gè)LAI號(hào)同MS中先前存儲(chǔ)的LAI號(hào)相同。即表示MS上次關(guān)機(jī)時(shí)所處的位置區(qū)同現(xiàn)在開(kāi)機(jī)時(shí)所處的位置區(qū)相同。從而MS開(kāi)始附著的信令過(guò)程。MS在RACH隨機(jī)接入信道上發(fā)送CHANNEL

4、REQUEST消息；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給分配的專(zhuān)用控制信道的物理信息。收到IMMEDIATE SIGNMENT信息，MS的調(diào)整到分配的專(zhuān)用信道上，發(fā)送SABM幀，其中包含的層3消息為L(zhǎng)OCATION UDATING REQUEST，這個(gè)消息中包含的參數(shù)有：位置更新的類(lèi)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(lèi)型就是附著）；所在位置域的；的。BS收到包含有LOCATION UPDATING REQUEST 內(nèi)容的SABM幀后，所做的操作：A、向回

5、發(fā)SABM的響應(yīng)UA幀，UA幀的內(nèi)容同SABM中的內(nèi)容完全相同，收到內(nèi)容與完全相同的幀后，則MS的數(shù)據(jù)鏈路層進(jìn)入證實(shí)傳遞模式B、BS將LOCATION UPDATING REQUEST消息轉(zhuǎn)發(fā)給MSC/VLR。因?yàn)镸M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(jìn)行位置更新程序。則位置更新程序之前，要進(jìn)行MM層的一個(gè)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(dòng)臺(tái)通過(guò)空中接口傳送的IMSI是否為合法的簽約IMSI，即鑒別用戶(hù)SIM卡的真實(shí)性，防止無(wú)權(quán)用戶(hù)接入網(wǎng)路。在每次位置登記，呼叫（主呼與被呼）建立，或執(zhí)行

6、某些補(bǔ)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(guò)程如下：MSC/VLR向MS發(fā)送鑒權(quán)請(qǐng)求消息AUTHENTICATION REQUEST。在MSC/VLR中存儲(chǔ)了來(lái)自AUC鑒權(quán)中心的用戶(hù)三參數(shù)組（RAND、SRES、Kc）。SRES是由隨機(jī)數(shù)RAND和密鑰Ki通過(guò)A3算法得到的符號(hào)響應(yīng)。MSC/VLR通過(guò)鑒權(quán)請(qǐng)求消息將隨機(jī)數(shù)RAND發(fā)送給。的SIM卡中也存儲(chǔ)有密鑰Ki和A3算法的程序。因此MS收到RAND后，讓隨機(jī)數(shù)RAND和密鑰Ki通過(guò)A3算法得到符號(hào)響應(yīng)SRES，并且將SRES通過(guò)鑒權(quán)響應(yīng)消息AUTHENTICATION RESPONSE發(fā)送給MSC/VLR。MSC/VLR比較SRES和

7、SRES。若兩者相同，則表示MS是合法的用戶(hù)，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)還可以在鑒權(quán)之后啟動(dòng)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(jìn)行加密，接收端進(jìn)行相應(yīng)的解密，但這個(gè)過(guò)程并不是必須的。由網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商設(shè)備所決定。（6）鑒權(quán)過(guò)程完成之后，MSC/VLR對(duì)LOCATION UPDATING REQUEST 消息進(jìn)行處理。MSC/VLR在其維護(hù)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(xiàng)標(biāo)識(shí)為“已附著”；并向M

8、S發(fā)送LOCATION UPDATING ACCEPT 消息。（7）在LOCATION UPDATING ACCEPT 消息或者LOCATION UPDATING REJECT消息發(fā)送完畢后，IMSI附著過(guò)程完成，開(kāi)始鏈路釋放的過(guò)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(duì)于DISC幀響應(yīng)的UA幀。MS收到UA幀后，則進(jìn)入空閑狀態(tài)，釋放RR連接。至此，整個(gè)IMSI附著過(guò)

9、程完成。圖1 MS進(jìn)行IMSI附著的信令過(guò)程3、 MS關(guān)機(jī)的信令過(guò)程介紹圖2 是關(guān)機(jī)的信令過(guò)程。關(guān)機(jī)的過(guò)程同其他的過(guò)程相同，開(kāi)始是MS和BS之間進(jìn)行RR連接的建立過(guò)程。之后在MS發(fā)向MSC/VLR的SABM幀中就包含消息IMSI DETACH INDICATION 。收到這條消息以后，MSC/VLR就將與此MS對(duì)應(yīng)的記錄改為“為附著”狀態(tài)。圖2 MS關(guān)機(jī)的信令過(guò)程MSC/VLR維護(hù)IMSI的附著與否，作用在于當(dāng)別的MS呼叫此MS時(shí)，MSC/VLR對(duì)此MS尋呼之前，先查看是否附著這一位，若已附著則進(jìn)行正常的尋呼，否則就不進(jìn)行尋呼，直接告訴對(duì)方的MSC/VLR此MS未開(kāi)機(jī)或者不在服務(wù)區(qū)。五、實(shí)驗(yàn)步

10、驟1、通過(guò)串行口將實(shí)驗(yàn)箱和電腦連接，給實(shí)驗(yàn)箱上電。將與實(shí)驗(yàn)箱相連的電腦上的學(xué)生平臺(tái)程序打開(kāi)。在主界面上雙擊“開(kāi)機(jī)登陸”實(shí)驗(yàn)圖標(biāo)，進(jìn)入此實(shí)驗(yàn)界面。2、點(diǎn)擊界面上的“初始化”鍵?？吹较⒖蛑谐霈F(xiàn) “初始化”完成。3、點(diǎn)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(duì)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(diǎn)擊界面上的“開(kāi)機(jī)”開(kāi)機(jī)鍵，觀察消息框中顯示的開(kāi)機(jī)的信令過(guò)程。開(kāi)機(jī)信令過(guò)程若正常結(jié)束，會(huì)彈出對(duì)話(huà)框“開(kāi)機(jī)過(guò)程完成，已經(jīng)完成IMSI附著，手機(jī)處于空閑狀態(tài)”。這時(shí)，再次觀察MSC/

11、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(kāi)機(jī)過(guò)程結(jié)束，緊接著點(diǎn)擊界面上的“關(guān)機(jī)”鍵，觀察消息框中顯示的關(guān)機(jī)信令過(guò)程。關(guān)機(jī)信令過(guò)程若正常結(jié)束，會(huì)彈出對(duì)話(huà)框“關(guān)機(jī)結(jié)束”。這時(shí)，點(diǎn)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(dá)MSC/VLR的信令通過(guò)了MS和BS之間的無(wú)線(xiàn)信道、BS和MSC/VLR之間的有線(xiàn)信道，因此LOCATION UPDATING REQUEST消息出錯(cuò)的情況會(huì)偶爾出現(xiàn)，若出現(xiàn)這種情況，IMSI附著會(huì)失敗，信令會(huì)顯示“LOCATION UPDATING REJECT”；IMSI附著失敗的信令結(jié)束后，會(huì)彈出對(duì)話(huà)框：IMSI附著失敗，可按“開(kāi)機(jī)”鍵重新開(kāi)始。這時(shí)，可按動(dòng)“開(kāi)機(jī)”鍵重新進(jìn)行IMSI附著過(guò)程。7、以上所有的信令過(guò)程我們都是在正常模式下進(jìn)行的，這時(shí)信令交互的速度比較快。為了更清晰的掌握信令的交互過(guò)程，我們可以選擇界面上的“單步”鍵。然后按動(dòng)“初始化”鍵。這樣實(shí)驗(yàn)就進(jìn)入單步執(zhí)行狀態(tài)。這時(shí)候，需要按動(dòng)“下一步”按鍵，