GSM系統(tǒng)組成課件

GSM系統(tǒng)組成

GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)*GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

GSM系統(tǒng)主體部分*網(wǎng)路交換子系統(tǒng)(NSS)

1)移動業(yè)務(wù)交換中心(MSC,MobileServicesSwitchingCenter)：MSC是GSM系統(tǒng)的核心,是對位於它所覆蓋區(qū)域中的移動臺進(jìn)行控制和完成話路交換的功能實體,也是移動通信系統(tǒng)與其他公用通信網(wǎng)之間的介面。它使用戶使用各種業(yè)務(wù)成為可能。*網(wǎng)路交換子系統(tǒng)(NSS)

MSC的具體功能如下:

·MSC可從三種資料庫(HLR、VLR和AUC)中獲取處理用戶位置登記和呼叫請求所需的全部數(shù)據(jù)。反之,MSC也可根據(jù)其最新得到的用戶請求資訊(如位置更新,越區(qū)切換等)更新資料庫的部分?jǐn)?shù)據(jù)。

·MSC作為網(wǎng)路的核心,應(yīng)能完成位置登記、越區(qū)切換和自動漫遊等移動管理工作。同時具有電話號碼存儲編譯、呼叫處理、路由選擇、回波抵消、超負(fù)荷控制等功能。

·MSC還支持通道管理、數(shù)據(jù)傳輸以及包括鑒權(quán)、資訊加密、移動臺設(shè)備識別等安全保密功能。

*網(wǎng)路交換子系統(tǒng)(NSS)對於容量比較大的GSM系統(tǒng),一個網(wǎng)路子系統(tǒng)NSS可包括若干個MSC、VLR和HLR,當(dāng)固定網(wǎng)用戶呼叫GSM移動用戶時,無需知道移動用戶所處的位置,此呼叫首先被接入到入口移動業(yè)務(wù)交換中心(亦稱移動關(guān)口局,簡稱GMSC)中,入口交換機(jī)負(fù)責(zé)從HLR中獲取移動用戶位置資訊,且把呼叫轉(zhuǎn)接到移動用戶所在的MSC那裏。*網(wǎng)路交換子系統(tǒng)(NSS)

2)來訪位置寄存器(VLR,VisitorLocationRegister)

VLR是一個資料庫,負(fù)責(zé)存儲MSC為了處理所管轄區(qū)域中MS(統(tǒng)稱來訪用戶)的來話接聽和去話呼叫所需檢索的資訊,例如用戶的號碼,所處位置區(qū)域的識別,向用戶提供的服務(wù)等參數(shù)。具體來講,VLR是為其控制區(qū)域內(nèi)的移動用戶服務(wù)的,它存儲著進(jìn)入其控制區(qū)域內(nèi)的已登記的移動用戶的相關(guān)資訊,從而為該用戶以後的呼叫連接創(chuàng)造了前提條件。VLR從該移動用戶所在的歸屬位置寄存器(HLR)處獲得並存儲該用戶的數(shù)據(jù)。一旦用戶離開該VLR的控制區(qū)域,則重新在他所進(jìn)入的另一個VLR登記,原VLR將取消臨時記錄的該移動用戶的數(shù)據(jù)。因此,VLR可看作是一個動態(tài)的用戶數(shù)據(jù)庫。*網(wǎng)路交換子系統(tǒng)(NSS)

3)歸屬位置寄存器(HLR,HomeLocationRegister)

HLR是GSM系統(tǒng)的中央資料庫,主要存儲著管理部門用於移動用戶管理的相關(guān)數(shù)據(jù),具體包括兩類資訊:一是有關(guān)用戶的參數(shù),即該用戶的相關(guān)靜態(tài)數(shù)據(jù),包括移動用戶識別號碼、訪問能力、用戶類別和補充業(yè)務(wù)等;二是有關(guān)用戶目前所處狀態(tài)的資訊,即用戶的有關(guān)動態(tài)數(shù)據(jù),如用戶位置更新資訊或漫遊用戶所在的MSC/VLR地址及分配給用戶的補充業(yè)務(wù)等。每個移動用戶都應(yīng)在其HLR處註冊登記。HLR可以與MSC/VLR一一對應(yīng),也可以一個HLR控制若干個MSC/VLR或整個區(qū)域的移動網(wǎng)。

*網(wǎng)路交換子系統(tǒng)(NSS)

4)鑒權(quán)中心(AUC,AuthenticationCenter)

AＵC也是一個資料庫,保存著關(guān)於用戶的三個參數(shù)(隨機(jī)號碼RAND、回應(yīng)數(shù)SRES和密鑰Kc)。其作用是:通過鑒權(quán)能夠確定移動用戶的身份是否合法,還能夠進(jìn)一步滿足用戶的保密性通信等要求。鑒權(quán)是GSM系統(tǒng)採取的一種安全措施,用來防止無權(quán)用戶接入系統(tǒng)和保證通過無線介面的移動用戶通信的安全。任何手機(jī)在通話前都要先經(jīng)過鑒權(quán),待得到系統(tǒng)確認(rèn),承認(rèn)其為合法用戶後,方可進(jìn)入通話接續(xù)。在此過程中,AUC起到了關(guān)鍵的*網(wǎng)路交換子系統(tǒng)(NSS)

5)設(shè)備識別寄存器(EIR,EquipmentIdentityRegister)

對移動臺身份的核準(zhǔn)包括三個組成部分:入網(wǎng)許可證的核準(zhǔn)號碼、裝配工廠號和手機(jī)專用號。針對不同的核準(zhǔn)結(jié)果,移動臺的IMEI會分列於白色清單、黑色清單或灰色清單這三種表格之一。白色清單中收錄了所有的核準(zhǔn)號碼,擁有該清單中的號碼的移動臺可以正常使用網(wǎng)路;黑色清單中收錄了所有的掛失移動臺和禁止入網(wǎng)移動臺的號碼,擁有這些號碼的移動臺會被暫時禁用(閉鎖);灰色清單收錄了所有的出現(xiàn)異常或功能不全,但不足以禁用的移動臺的號碼,擁有這些號碼的移動臺會受到網(wǎng)路的監(jiān)視,隨時可能被鑒別出其非法身份。這樣便可以確保入網(wǎng)移動設(shè)備不是被盜用的或是故障設(shè)備,確保註冊用戶的安全性。一旦手機(jī)丟失,只要向系統(tǒng)報告該手機(jī)的IMEI號碼,EIR就會將其列入黑色清單,使得盜用者空歡喜一場。*基站子系統(tǒng)(BSS)

1)基站收發(fā)信臺(BTS,BaseTransferandReceiveStation)

BTS屬於基站子系統(tǒng)的無線介面設(shè)備,完全由BSC控制,主要負(fù)責(zé)無線傳輸,完成無線與有線的轉(zhuǎn)換、無線分集、無線通道加密、無線調(diào)製、編碼等功能。具體來說,它可以接收來自移動臺的信號,也可以把BSC提供的信號發(fā)送給移動臺,從而完成BSC與無線通道之間的信號轉(zhuǎn)換。*基站子系統(tǒng)(BSS)

2)基站控制器(BSC,BaseStationControl)

BSC在BSS子系統(tǒng)內(nèi)充當(dāng)控制器和話務(wù)集中器,它主要負(fù)責(zé)管理BTS,而且當(dāng)BSC與MSC之間的通道阻塞時,由它進(jìn)行指示。BSC同時具有對各種通道的資源管理、社區(qū)配置的數(shù)據(jù)管理、操作維護(hù)、觀察測量和統(tǒng)計、功率控制、切換及定位等功能,是一個很強(qiáng)的功能實體。*

1)移動終端(MT,MobileTerminal)

移動終端就是“機(jī)”,它是移動臺的主體,是完成語音編碼、通道編碼、資訊加密、資訊的調(diào)製和解調(diào)、信號的發(fā)射和接收的主要設(shè)備。它可以通過天線接收來自外界無線通道的信號,然後經(jīng)過一系列的變換和處理,還原成話音信號,供用戶接聽;相反的,它也可以將用戶的話音信號,經(jīng)過一系列相反的變換和處理,轉(zhuǎn)變成適合無線通道傳輸?shù)男盘栃问?通過天線發(fā)送出去。移動終端的組成原理框圖如圖所示。

移動臺(MS)*移動臺(MS)

*移動臺(MS)2)用戶識別卡(SIM)

用戶識別卡中存儲著有關(guān)用戶的個人資訊和網(wǎng)路管理的一些資訊以及加密、解密演算法等,通過這些資訊可以驗證用戶身份、防止非法盜用、提供特殊服務(wù)等,因而又稱為智能卡。GSM系統(tǒng)介面*GSM系統(tǒng)介面

GSM系統(tǒng)業(yè)務(wù)和編號GSM系統(tǒng)的業(yè)務(wù)*主要承擔(dān)業(yè)務(wù)

1.電信業(yè)務(wù)

電信業(yè)務(wù)是指端到端業(yè)務(wù),它包括開放系統(tǒng)互連OSI的1~7層協(xié)議。GSM系統(tǒng)可以提供的電信業(yè)務(wù)大致可分為兩類:話音業(yè)務(wù)和非話業(yè)務(wù)。話音業(yè)務(wù)是GSM系統(tǒng)提供的基本業(yè)務(wù),允許用戶在世界範(fàn)圍內(nèi)任何地點與固定電話用戶、移動電話用戶以及專用網(wǎng)用戶進(jìn)行雙向通話聯(lián)繫。非話業(yè)務(wù)又稱數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),是指話音業(yè)務(wù)之外的業(yè)務(wù)。它提供了固定用戶和ISDN用戶所能享用的業(yè)務(wù)中大部分的業(yè)務(wù),包括文字、圖像、傳真、電腦檔、Internet訪問等服務(wù)。*主要承擔(dān)業(yè)務(wù)電信業(yè)務(wù)分類*主要承擔(dān)業(yè)務(wù)

2.承載業(yè)務(wù)承載業(yè)務(wù)主要是指GSM網(wǎng)路傳輸具有流量、誤碼率和傳輸模式等技術(shù)參數(shù)的數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù),它僅包括OSI的1~3層協(xié)議。與電信業(yè)務(wù)相似,GSM系統(tǒng)的承載業(yè)務(wù)不僅使移動用戶之間能夠完成數(shù)據(jù)通信,更重要的是能為移動用戶與PSTN或ISDN用戶之間提供數(shù)據(jù)通信服務(wù),還能使GSM移動通信網(wǎng)與其他公用數(shù)據(jù)網(wǎng)互通,例如公用分組數(shù)據(jù)網(wǎng)和公用電路數(shù)據(jù)網(wǎng)。*主要承擔(dān)業(yè)務(wù)按照數(shù)據(jù)傳輸方式不同,承載業(yè)務(wù)可分為兩大類:透明業(yè)務(wù)和不透明業(yè)務(wù)。透明業(yè)務(wù)是指數(shù)據(jù)按原始形式發(fā)送,到達(dá)接收端時有固定的時延,並在接收端盡可能忠實地再生出數(shù)據(jù)流;不透明業(yè)務(wù)採用了額外的協(xié)議——無線鏈接協(xié)議(RLP，RadioLinkProtocol),用來檢測傳輸中的差錯,當(dāng)發(fā)現(xiàn)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)出錯時,該系統(tǒng)將重發(fā)該數(shù)據(jù)。由於透明業(yè)務(wù)未採取針對差錯的任何措施,因而精確度較差,但傳輸速率快,適用於對速率要求高但對精確度要求較低的情況。不透明業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)傳輸由RLP控制,因而傳輸速率較慢,而且傳輸時延會隨著鏈路條件的不同而不同,但不透明業(yè)務(wù)的精確度較高,能保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠的傳輸。*主要承擔(dān)業(yè)務(wù)

按照數(shù)據(jù)傳輸模式的不同,承載業(yè)務(wù)也有同步傳輸和非同步傳輸之分。非同步傳輸一般以字元為單位,不論所採用的字元代碼長度為多少位,在發(fā)送每一字元代碼時,前面均加上一個“起”信號,其長度規(guī)定為1個碼元,極性為“0”,即空號的極性;字元代碼後面均加上一個“止”信號,其長度為1或2個碼元,極性皆為“1”,即與信號極性相同。加上起、止信號的作用就是為了能區(qū)分串行傳輸?shù)摹白衷?也就是實現(xiàn)串行傳輸收/發(fā)雙方的碼組或字元的同步。這種傳輸方式的特點是同步實現(xiàn)簡單,收/發(fā)雙方的時鐘信號不需要嚴(yán)格同步。缺點是對每一字元都需加入“起、止”碼元,使傳輸效率降低,故適用於1200bit／s以下的低速數(shù)據(jù)傳輸。*主要承擔(dān)業(yè)務(wù)

同步傳輸是按照同步的時鐘節(jié)拍來發(fā)送和接收數(shù)據(jù)信號的,因此在一個串行的數(shù)據(jù)流中,各信號碼元之間的相對位置都是固定的(即同步的)。接收端為了從收到的數(shù)據(jù)流中正確地區(qū)分出一個個信號碼元,首先必須建立準(zhǔn)確的時鐘信號。數(shù)據(jù)的發(fā)送一般以組(或稱幀)為單位,一組數(shù)據(jù)包含多個字元收發(fā)之間的碼組或幀同步,是通過傳輸特定的傳輸控制字元或同步序列來完成的,傳輸效率較高。*主要承擔(dān)業(yè)務(wù)

3.補充業(yè)務(wù)補充業(yè)務(wù)又稱附加業(yè)務(wù),是對基本業(yè)務(wù)的擴(kuò)展。GSM系統(tǒng)不斷推出了許多補充業(yè)務(wù),它們大多數(shù)是用於話音通信的,有的也可以用於數(shù)據(jù)通信。GSM所能提供的補充業(yè)務(wù)與ISDN網(wǎng)業(yè)務(wù)分類也極其相似,在第一階段,GSM僅能提供呼叫前轉(zhuǎn)類和呼叫閉鎖類補充業(yè)務(wù)。*

主要承擔(dān)業(yè)務(wù)*主要承擔(dān)業(yè)務(wù)

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業(yè)務(wù)接入方式一般來說,通信網(wǎng)的用戶業(yè)務(wù)是通過移動臺MS接入的,GSM系統(tǒng)也不例外。在GSM系統(tǒng)中,移動臺由兩個功能單元構(gòu)成:移動終端設(shè)備(MT,MobileTerminal)和用戶終端設(shè)備(TE,TerminalEquipment)。為了使多種業(yè)務(wù)類型的用戶(分為標(biāo)準(zhǔn)ISDN和非標(biāo)準(zhǔn)ISDN終端用戶)按照統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)方式接入到GSM系統(tǒng)中,在各類用戶數(shù)據(jù)進(jìn)入GSM無線通道之前,移動臺首先將用戶數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成與數(shù)字無線通道結(jié)構(gòu)特性相相容的形式,然後再送入無線通道。為此,在移動臺內(nèi)部,設(shè)置了MT單元,它的作用是為不同業(yè)務(wù)類型的用戶提供一組標(biāo)準(zhǔn)的介面,並將介面上的數(shù)據(jù)流移植到無線介面Um。具體來講,MT的功能包括語音編譯碼、資訊差錯控制、用戶數(shù)據(jù)流量控制、終端能力、無線傳輸終接、無線通道管理、移動管理(如越區(qū)切換控制)以及對多終端的支持等。

*業(yè)務(wù)接入方式

GSM業(yè)務(wù)接入方式GSM的編號*國際移動用戶識別碼(IMSI)

國際移動用戶識別碼,顧名思義就是指在世界上所有的GSM系統(tǒng)內(nèi)(尤其是在其無線通道上)都適用的一個國際認(rèn)可的移動用戶身份的標(biāo)誌碼。每個GSM移動用戶都有一個IMSI,而且具有全球惟一性和永久不變性(更換身份證或丟失SIM卡的情況除外)。IMSI用於GSM通信網(wǎng)的所有信令中,在用戶的SIM卡、系統(tǒng)的HLR和VLR中都有存儲。就像一個人銀行存摺上的密碼一樣,IMSI碼應(yīng)盡可能的保密,否則,通信很容易被竊聽，或者身份被非法用戶冒用。為了滿足各國的不同要求,IMSI的長度是可變的,最長為15位,使用數(shù)字0～9*國際移動用戶識別碼(IMSI)

(1)MCC(MobileCountryCode)是移動臺國家碼,由3位數(shù)字組成,用以識別移動用戶所屬的國家。我國的MCC為460。(2)MNC(MobileNetworkCode)是移動臺網(wǎng)絡(luò)號,由1位或2位數(shù)字組成,用以識別移動用戶所歸屬的移動網(wǎng)。中國移動的GSMPLMN(GSM公用陸地移動網(wǎng))的網(wǎng)號為00,中國聯(lián)通的GSMPLMN網(wǎng)號為01。(3)MSIN(MobileSubscriberIdentificationNumber)是移動用戶識別碼,由11位數(shù)字組成,用以識別國內(nèi)GSM移動網(wǎng)中的移動用戶。(4)MCC和MNC兩部分碼在世界上是惟一的,用來確定用戶的PLMN。當(dāng)MSC與VLR在一起時,MSIN應(yīng)為VLR地址+MSC區(qū)內(nèi)統(tǒng)一編號。另外,組成MSIN的前兩位數(shù)(H1和H2)用來表示用戶在其PLMN中的HLR地址。*移動臺ISDN號碼(MSISDN)

MSISDN也是移動用戶身份號碼,是GSMPLMN之外的用戶(如固定電話用戶或CDMA網(wǎng)用戶)要與GSM用戶通信時所使用的號碼。只有用戶所在的HLR中存儲著該號碼。

MSISDN號碼的結(jié)構(gòu)為:*

(1)CC(CountryCode)是國家碼,表示用戶移動臺註冊的那個國家。我國為86。

(2)NDC(NationalDestinationCode)是國內(nèi)目的地址碼,即網(wǎng)路的接入號。中國移動GSM網(wǎng)為139、138等;中國聯(lián)通GSM網(wǎng)為130、131等。

(3)SN(SubscriberNumber)是用戶號碼,由7位數(shù)字組成。中國電信SN號碼的結(jié)構(gòu)是H1H2H3ABCD,其中,H1H2H3為每個移動業(yè)務(wù)本地網(wǎng)的HLR號碼,ABCD為移動用戶碼;中國聯(lián)通SN號碼的結(jié)構(gòu)是H1H2ABCDE,其中,H1H2是移動業(yè)務(wù)本地網(wǎng)的HLR號碼,ABCDE是移動用戶碼。當(dāng)用戶數(shù)量過多,號碼不夠用時,可對SN加以擴(kuò)充。如中國移動GSM網(wǎng)的137,就是後來擴(kuò)充的。移動臺ISDN號碼(MSISDN)*移動臺漫遊號(MSRN)

移動臺漫遊號碼是當(dāng)移動臺由所屬的MSC／VLR業(yè)務(wù)區(qū)漫遊至另一個MSC／VLR業(yè)務(wù)區(qū)中時,為了將對它的呼叫順利發(fā)送給它而由其所屬MSC／VLR分配的一個臨時號碼。具體來講,為了將呼叫接至處於漫遊狀態(tài)的移動臺處,必須要給入口MSC(即GMSC,GatewayMSC)一個用於選擇路由的臨時號碼。為此,移動臺所屬的HLR會請求該移動臺所屬的MSC／VLR給該移動臺分配一個號碼,並將此號碼發(fā)送給HLR,而HLR收到後再把此號碼轉(zhuǎn)送給GMSC。這樣,GMSC就可以根據(jù)此號碼選擇路由,將呼叫接至被叫用戶目前正在訪問的MSC／VLR交換局了。一旦移動臺離開該業(yè)務(wù)區(qū),此漫遊號碼即被收回,並可分配給其他來訪用戶使用。*

MSRN只是臨時性用戶數(shù)據(jù),但在HLR和VLR中都會有所保存。根據(jù)各國不同的要求,MSRN也具有可變的長度。

MSRN與MSISDN有相同的結(jié)構(gòu)。例如,中國移動GSM移動通信網(wǎng)技術(shù)體制規(guī)定139後第一位為零的MSISDN號碼為移動用戶漫遊號碼(MSRN),即為1390M1M2M3ABC。其中,M1M2M3為MSC的號碼,M1M2與MSISDN號碼中的H1H2相同。移動臺漫遊號(MSRN)*

臨時移動臺標(biāo)識(TMSI)

臨時移動臺標(biāo)識,顧名思義是指一種臨時身份,是由某個MSC／VLR分配並且僅用於在該業(yè)務(wù)區(qū)內(nèi)對移動臺的識別。因此,從屬於不同VLR的幾個移動用戶可以使用相同的TMSI。

TMSI可以理解成為了保證IMSI的保密性而設(shè)置的一個替代性的密碼。因此,TMSI是由IMSI轉(zhuǎn)換而來的,但它有很大的自由度而且只占4個位元組,比IMSI要短,這樣可以減小無線通道上呼叫資訊的長度。

GSM設(shè)置TMSI碼還有另外一個原因:當(dāng)使用TMSI進(jìn)行通信時,可以獲得秘密保護(hù)而不會被截獲資訊。*國際移動臺設(shè)備識別碼(IMEI)

國際移動臺設(shè)備識別碼是用來惟一地標(biāo)識一個移動臺設(shè)備的編碼,即GSM網(wǎng)路中的所有終端設(shè)備都可用IMEI這種統(tǒng)一的格式來標(biāo)識。IMEI編碼最多由15位十進(jìn)位數(shù)字組成。

IMEI號碼的結(jié)構(gòu)為:*國際移動臺設(shè)備識別碼(IMEI)(1)TAC(TypeApprovalCode)是型號批準(zhǔn)碼,6位數(shù),