《GSM信令流程》課件

GSM信令流程GSM信令流程是移動通信系統(tǒng)中，用于控制和協(xié)調用戶設備、基站和網絡之間通信的信號流程。它基于信令協(xié)議，定義了各種消息類型和交換格式，以確保移動通信的可靠性和效率。RMbyRoyMillerGSM網絡架構概述蜂窩結構GSM網絡采用蜂窩結構，將覆蓋區(qū)域劃分為若干個六邊形小區(qū)，每個小區(qū)都有一個基站。無線接入網無線接入網（RAN）負責與移動終端進行通信，由基站、基站控制器（BSC）和無線資源管理中心（RNC）組成。核心網核心網負責管理移動用戶，處理呼叫和數據業(yè)務，由移動交換中心（MSC）、歸屬位置寄存器（HLR）、鑒權中心（AUC）等組成。GSM網絡分層結構1物理層物理層負責將數據轉換為無線信號，并通過空中接口進行傳輸。2數據鏈路層數據鏈路層負責對物理層傳輸的信號進行糾錯和重傳，并進行流量控制。3網絡層網絡層負責路由和尋址，將數據包從源節(jié)點傳輸到目的節(jié)點。4應用層應用層負責提供各種應用服務，例如語音通話、短信服務和數據傳輸服務。物理層信令流程1時隙分配每個時隙對應一個用戶2信道編碼使用卷積碼進行編碼3交織提高抗突發(fā)噪聲能力4調制使用GMSK調制方式數據鏈路層信令流程1幀結構數據鏈路層使用幀結構傳輸數據，包含信令信息和用戶數據。幀結構包含幀頭、幀體和幀尾。幀頭包含同步信息和地址信息，幀體包含用戶數據，幀尾包含校驗信息。2信道類型GSM數據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數據，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信道接入手機通過接入控制信道訪問網絡資源，并通過流量信道傳輸數據?？刂菩诺烙糜诳刂菩帕罱粨Q，流量信道用于傳輸用戶數據。手機需要在數據鏈路層完成信道接入和數據傳輸。網絡層信令流程連接建立MSC向SGSN發(fā)送連接請求，SGSN向BSC發(fā)送連接請求。數據傳輸MSC通過SGSN和BSC與用戶設備進行數據傳輸。連接釋放MSC向SGSN發(fā)送連接釋放請求，SGSN向BSC發(fā)送連接釋放請求。路由選擇MSC通過SGSN進行路由選擇，選擇最佳路徑將數據發(fā)送給目標用戶設備。移動性管理信令流程1位置更新用戶移動到新的位置后，向網絡發(fā)送位置更新請求。2尋呼網絡發(fā)送尋呼消息，查找用戶。3注冊用戶進入網絡后，需要向網絡進行注冊，以獲取服務。移動性管理信令流程是指用戶在GSM網絡中移動時，所涉及的信令流程。移動性管理流程能夠確保用戶始終保持連接，并能接收來自網絡的呼叫和數據。注冊過程初始狀態(tài)手機開機后，處于初始狀態(tài)，沒有與網絡建立連接。發(fā)送注冊請求手機向網絡發(fā)送注冊請求，包含手機的IMEI、IMSI等信息。網絡驗證網絡驗證手機的合法性，檢查手機是否已注冊，是否在服務區(qū)內等。分配臨時標識網絡分配一個臨時標識（TMSI）給手機，用于后續(xù)通信。注冊成功網絡向手機發(fā)送注冊成功消息，手機正式接入GSM網絡。尋呼過程1基站廣播尋呼消息基站廣播尋呼消息，包含手機的MSISDN和尋呼區(qū)域。2手機接收尋呼消息手機接收尋呼消息，并根據消息內容判斷是否為自身尋呼。3手機響應尋呼消息手機響應尋呼消息，發(fā)送尋呼響應消息，通知基站手機已接收到尋呼消息。呼叫發(fā)起過程1用戶發(fā)起呼叫用戶按下手機上的撥號鍵，輸入目標用戶的電話號碼。2移動臺發(fā)送呼叫請求移動臺將呼叫請求發(fā)送給基站，包含目標用戶的電話號碼、呼叫類型等信息。3基站轉發(fā)呼叫請求基站將呼叫請求轉發(fā)給MSC，并提供用戶的身份信息、位置信息等。4MSC處理呼叫請求MSC根據目標用戶的信息，查詢其位置并建立連接。MSC通過網絡層將呼叫請求發(fā)送至目標用戶的基站。目標用戶的基站將呼叫請求發(fā)送給目標用戶的手機。手機響鈴，用戶可以選擇接聽或拒接。呼叫接聽過程1接聽通知手機收到接聽通知消息2呼叫建立手機與基站建立語音連接3接聽確認手機發(fā)送接聽確認消息呼叫接聽過程是手機用戶接聽來電的信令流程。手機收到來電通知后，用戶可以選擇接聽或拒接。接聽時，手機會向基站發(fā)送接聽確認消息，并建立語音連接。呼叫重定向過程請求重定向移動臺向基站發(fā)送重定向請求消息。轉發(fā)重定向基站將重定向請求消息轉發(fā)到MSC。更新重定向MSC接收到重定向請求消息后，更新呼叫的目的地號碼，并向移動臺發(fā)送重定向指示消息。重新呼叫移動臺收到重定向指示消息后，重新呼叫新的目標號碼。呼叫保持過程1呼叫保持請求用戶按下“保持”鍵，發(fā)出保持請求。手機向基站發(fā)送保持請求消息。2基站處理基站收到保持請求消息，將當前通話狀態(tài)設置為保持狀態(tài)，并將保持請求消息轉發(fā)到交換機。3交換機處理交換機收到保持請求消息，將通話狀態(tài)設置為保持狀態(tài)，并向用戶手機發(fā)送保持確認消息。4恢復通話用戶按下“恢復”鍵，手機向基站發(fā)送恢復請求消息。基站將通話狀態(tài)恢復為正常狀態(tài)。呼叫釋放過程1釋放請求呼叫方發(fā)送釋放請求2釋放確認被叫方收到釋放請求并確認3釋放完成釋放完成呼叫釋放過程是結束通話的關鍵步驟。當用戶想要結束通話時，會發(fā)送釋放請求，并等待對方確認。釋放確認收到后，系統(tǒng)會釋放相關資源，完成通話結束。手機上下線過程手機上下線是GSM網絡中一項重要的功能，允許用戶在需要時連接和斷開網絡。1手機開機手機開機后，會搜索附近的基站。2注冊過程手機向基站發(fā)送注冊請求。3鑒權過程基站驗證手機身份。4網絡接入手機成功連接到GSM網絡。手機下線是指手機斷開與GSM網絡的連接。用戶可以選擇主動下線，例如關閉手機電源，或者由于信號強度不足導致自動下線。短信息服務信令流程短信息服務(SMS)是GSM網絡中重要的功能之一，它允許用戶在移動設備之間發(fā)送和接收短文本消息。1短信發(fā)送用戶在手機上輸入短信內容并選擇接收者。2短信路由手機將短信發(fā)送至SMSC，由其負責路由到目標手機。3短信接收目標手機收到來自SMSC的短信，并將其顯示給用戶。漫游注冊過程手機進入新運營商網絡手機漫游到新運營商網絡，需要進行漫游注冊。發(fā)送漫游注冊請求手機向目標網絡發(fā)送漫游注冊請求，包含手機身份信息、當前位置等信息。目標網絡驗證身份目標網絡驗證手機身份，檢查漫游權限，并分配臨時標識和漫游信息。手機接收漫游信息手機收到目標網絡的漫游信息，完成漫游注冊過程，并更新自身狀態(tài)。漫游尋呼過程1尋呼請求HLR接收到來自VLR的尋呼請求，并識別出目標MS的漫游位置。2尋呼轉發(fā)HLR將尋呼請求轉發(fā)到目標MS所在的GSM網絡中的VLR。3尋呼廣播VLR在目標MS所在的基站中廣播尋呼信息，使目標MS收到尋呼信息。漫游呼叫過程1發(fā)起呼叫用戶在漫游地發(fā)起呼叫2尋呼漫游地MSC尋呼用戶3尋呼成功用戶手機接收到尋呼信息4呼叫接聽用戶接聽電話漫游呼叫過程是指用戶在漫游地發(fā)起呼叫，并成功接通電話的過程。此過程涉及到多個網絡節(jié)點，包括漫游地MSC、歸屬地MSC、VLR、HLR等。分組服務信令流程數據包傳輸GSM網絡支持數據包傳輸，例如互聯(lián)網訪問或文件傳輸，通過GPRS（通用分組無線服務）技術。數據包分組數據被分成數據包，每個數據包包含數據內容和控制信息，例如數據包類型、源地址和目標地址。數據包路由網絡層負責將數據包路由到正確的目的地，并確保數據包的順序正確。數據包轉發(fā)數據包在網絡中的節(jié)點之間轉發(fā)，最終到達接收方手機。位置更新過程1移動臺移動手機離開當前小區(qū)范圍，進入到新的小區(qū)覆蓋區(qū)域。2位置更新請求手機向新的基站發(fā)送位置更新請求，包含手機身份信息和位置信息。3位置更新確認基站確認手機位置更新請求，并更新手機的位置信息到歸屬位置寄存器（HLR）。附加信息傳送過程1發(fā)起端手機發(fā)送附加信息請求2網絡側識別附加信息并轉發(fā)3接收端接收附加信息并處理附加信息傳送過程是指在GSM網絡中，用戶可以發(fā)送各種類型的附加信息，例如短信、彩信等，并將信息發(fā)送到目標手機。呼叫轉接過程1呼叫者發(fā)起轉接請求呼叫者按下轉接鍵，并輸入被轉接方號碼2網絡轉發(fā)請求網絡將轉接請求發(fā)送給被轉接方3被轉接方接聽被轉接方確認接聽轉接的呼叫4連接建立網絡建立呼叫者與被轉接方的連接呼叫轉接過程允許呼叫者將當前通話轉接到另一個號碼。網絡負責將轉接請求轉發(fā)到目標號碼，并建立新的通話連接。呼叫轉移過程1呼叫轉移請求移動臺向網絡發(fā)起呼叫轉移請求，并提供目標號碼。2網絡處理請求網絡驗證用戶身份和權限，并將呼叫轉移信息存儲在用戶配置文件中。3呼叫轉移生效用戶手機收到呼叫轉移信息，呼叫轉移功能生效。4呼叫到達當用戶手機處于通話狀態(tài)或無法接聽時，呼叫將被轉移至目標號碼。5目標號碼接聽目標號碼接聽電話，完成呼叫轉移過程。密鑰更新過程1密鑰生成鑒權中心生成新的加密密鑰。2密鑰分發(fā)通過信令通道將密鑰發(fā)送給基站。3密鑰存儲基站將新密鑰存儲在安全區(qū)域。4密鑰更新基站向手機發(fā)送指令更新密鑰。密鑰更新是GSM系統(tǒng)安全機制的一部分，用于防止竊聽和篡改。定期更新密鑰可以增強系統(tǒng)安全性，確保通信的安全可靠性。鑒權過程身份驗證移動臺向網絡發(fā)送請求，提供移動臺識別碼和身份驗證參數。計算鑒權碼網絡根據移動臺識別碼和身份驗證參數計算鑒權碼。比對鑒權碼移動臺根據接收到的鑒權碼和自身計算的鑒權碼進行比對。驗證結果如果鑒權碼匹配，則網絡允許移動臺接入網絡。加密過程1A3算法生成會話密鑰2A8算法生成鑒權密鑰3加密算法對數據進行加密GSM網絡采用A3和A8算法生成加密密鑰。A3算法使用隨機數和鑒權密鑰生成會話密鑰。A8算法使用隨機數和鑒權密鑰生成鑒權密鑰。加密算法對語音、數據、信令等信息進行加密，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，確保通話內容安全。鑒權SIM卡身份驗證，防止非法用戶接入。位置追蹤通過基站位置信息，可追蹤用戶位置。安全漏洞存在破解風險，需加強安全防護措施。系統(tǒng)容量分析影響因素主要因素包括基站數量、信道容量、用戶數量、業(yè)務類型等。