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移动通信基本知识4
访问数:1044      发布时间:03-27   

在 GSM 系统中,由于用户的移动性,位置信息是一个很关键的参数,其表示方法如图 1 - 3 所示:

 

图 1 - 3 GSM 各区之间的关系

GSM 网路的最小不可分割的区域是由一个基站(全向天线)或一个基站的一个扇形天线所覆盖的区域,或称小区或 cell 。

若干个小区组成一个位置区( LAI ),位置区的划分是由网路运营者设置的。一个位置区可能和一个或多个 BSC 有关,但只属于一个 MSC 。位置区信息存储于系统的 MSC/VLR 中,系统使用位置区识别码 LAI 识别位置区。

一个 MSC 业务区是其所管辖的所有小区共同覆盖的区域,可由一个或几个位置区组成。

PLMN (公用陆地移动通信网)业务区是由一个或多个 MSC 业务区组成。每个国家有一个或多个。我国各省邮电部门的数字 PLMN 构成邮电部全国 GSM 移动通信网络,以网络号“ 00 ” 表示;“中国联通公司”各省的数字 PLMN 构成“中国联通公司”全国 GSM 移动通信网络,网络号用“ 01 ” 表示。

GSM 业务区是由全球各个国家的 PLMN 网路所组成的。

•  移动用户状态

移动用户一般处于 MS 开机(空闲状态)、 MS 关机和 MS 忙三种状态之一,因此网络需要对这三种状态作相应的处理。

•  MS 开机,网络对它作“附着”标记

即常讲的 IMSI 附着,又分以下三种情况:

•  若 MS 是第一次开机:在 SIM 卡中没有位置区识别码( LAI ), MS 向 MSC 发送“位置更新请求”消息,通知 GSM 系统这是一个此位置区的新用户。 MSC 根据该用户发送的 IMSI 号,向 HLR 发送“位置更新请求”, HLR 记录发请求的 MSC 号以及相应的 VLR 号,并向 MSC 回送“位置更新接受”消息。至此 MSC 认为 MS 已被激活,在 VLR 中对该用户对应的 IMSI 上作“附着”标记,再向 MS 发送“位置更新证实”消息, MS 的 SIM 卡记录此位置区识别码。

•  若 MS 不是第一次开机,而是关机后再开机的, MS 接受到的 LAI 与它 SIM 卡中原来存储的 LAI 不一致,则 MS 立即向 MSC 发送“位置更新请求”, VLR 要判断原有的 LAI 是否是自己服务区的位置:

•  如判断为肯定, MSC 只需要对该用户的 SIM 卡原来的 LAI 码改成新的 LAI 码即可。

•  若为否定, MSC 根据该用户的 IMSI 号中的信息,向 HLR 发送“位置更新请求”, HLR 在数据库中记录发请求的 MSC 号,再回送“位置更新接受”, MSC 再对用户的 IMSI 作“附着”标记,并向 MS 回送“位置更新证实”消息, MS 将 SIM 卡原来的 LAI 码改成新的 LAI 码。

•  MS 再开机时,所接收到的 LAI 与它 SIM 卡中原来存储的 LAI 相一致:此时 VLR 只对该用户作“附着”标记。

 

•  MS 关机,从网络中“分离”。

MS 切断电源后, MS 向 MSC 发送分离处理请求, MSC 接收后,通知 VLR 对该 MS 对应的 IMSI 上作“分离”标记,此时 HLR 并没有得到该用户已脱离网络的通知。当该用户被寻呼后, HLR 向拜访 MSC/VLR 要漫游号码( MSRN )时, VLR 通知 HLR 该用户已关机。

 

•  MS 忙

此时,给 MS 分配一个业务信道传送话音或数据,并在用户 ISDN 上标注用户“忙”。

•  周期性登记

当 MS 向网络发送“ IMSI 分离”消息时,有可能因为此时无线质量差或其他原因, GSM 系统无法正确译码,而仍认为 MS 处于附着状态。或者 MS 开着机,却移动到覆盖区以外的地方,即盲区, GSM 系统也不知道,仍认为 MS 处于附着状态。在这两种情况下,该用户若被寻呼,系统就会不断地发出寻呼消息,无效占用无线资源。

为了解决上述问题, GSM 系统采用了强制登记的措施。要求 MS 每过一定时间登记一次,这就是周期性登记。若 GSM 系统没有接收到 MS 的周期性登记信息,它所处的 VLR 就以“隐分离”状态在该 MS 上做记录,只有当再次接收到正确的周期性登记信息后,将它改写成“附着”状态。

•  位置更新

当移动台更换位置区时,移动台发现其存储器中的 LAI 与接收到的 LAI 发生了变化,便执行登记。这个过程就叫“位置更新”,位置更新是移动台主动发起的。位置更新有两种情况:

•  移动台的位置区发生了变化,但仍在同一 MSC 局内;

•  移动台从一个 MSC 局移到了另一个 MSC 局。

 

•  同一 MSC 局内的位置更新:

如果在同一 MSC 局内进行位置更新, HLR 并不参与位置更新过程。同一局内的位置更新如图 1 — 4 所示:


图 1 — 4 同一 MSC 局内的位置更新

 

在同一 MSC 局内的位置更新过程比较简单,分以下四步:

•  移动台漫游到新的位置区时,分析接收到的位置区号码和存储在 SIM 卡中的位置区号码不一致,就向当前的基站控制器( BSC )发一个位置更新请求。

•  BSC 接收到 MS 的位置更新请求,就向 MSC/VLR 发一个位置更新请求。

•  VLR 修改这个 MS 的数据,将位置区号码改成当前的位置区号码,然后向 BSC 发一个应答消息。

•  BSC 向 MS 发一个应答消息, MS 将自己 SIM 卡中存储的位置区号码改成当前的位置区号码。这样,一个同一 MSC 局内的位置更新过程就结束了。

 

•  越局位置更新:

当移动用户从一个 MSC 局漫游到另一个 MSC 局时,就要进行越局位置更新。这时 HLR 就要参与位置更新过程,如图 1 — 5 所示:


图 1 — 5 不同 MSC 之间的位置更新

 

不同 MSC 之间的位置更新比同一 MSC 内的位置更新稍复杂一些,在这里为了描述方便,称用户原来所在的 MSC 局为 MSC1 ,漫游到的 MSC 局为 MSC2 ,在图中基站控制器( BSC )已省略,但描述时仍将提到 BSC ,将 BSC 和 MSC 一样称为 BSC1 和 BSC2 ,具体步骤如下:

•  移动用户漫游到另一个 MSC 局时,移动台( MS )发现当前的位置区号码和 SIM 卡中存储的位置区号码不一致,就向 BSC2 发位置更新请求, BSC2 向 MSC2 发一个位置更新请求。

•  MSC/VLR2 接到位置更新请求,发现当前 MSC 中不存在该用户信息(从其他 MSC 漫游过来的用户),就向用户登记的 HLR 发一个位置更新请求。

•  HLR 向 MSC/VLR2 发一个位置更新证实,并将此用户的一些数据传送给 MSC/VLR2 。

•  MSC/VLR2 通过 BSC2 给 MS 发一个位置更新证实消息, MS 接到后,将 SIM 卡中位置区号码改成当前的位置区码。

•  HLR 负责向 MSC/VLR1 发消息,通知 VLR1 将该用户的数据删除。

 

位置更新过程如上所述( 1 )—( 5 )步,这里要特别提出的是:在每次位置更新之前,都将对这个用户进行鉴权。

 

•  切换

处于通话状态的移动用户从一个 BSS 移动到另一个 BSS 时,切换功能保持移动用户已经建立的链路不被中断。切换与否主要由 BSS 决定,当 BSS 检测到当前的无线链路通信质量下降时, BSS 将根据具体情况进行不同的切换。也可以由 MSS 根据话务信息要求开始切换。

切换包括 BSS 内部切换、 BSS 间的切换和 MSS 间的切换。其中 BSS 间的切换和 MSS 间的切换都需要由 MSC 来控制完成,而 BSS 内部切换由 BSC 控制完成。

由 MSC 控制完成的切换又可以划分为 MSC 内部切换、基本切换和后续切换。

•  MSC 内部切换

MSC 内部切换是指移动用户无线信道由当前 BSS 切换到同一 MSC 下的另一 BSS 的过程。

整个切换进程由一个 MSC 来控制完成, MSC 需要向新的 BSS 发起切换请求,使新 BSS 为 MS 接入作好准备;新 BSS 响应切换请求后, MSC 通过原先 BSS 通知 MS 进行切换;当 MS 在新 BSS 接入成功时, MSC 负责建立新的连接。

MSC 在整个切换完成之前需要保持原先的连接,这样可以当 MS 切换失败时能够继续在原有连接上进行通信。只有在切换已完成时, MSC 才能释放原先的连接并在新连接上为 MS 提供通信。

•  基本切换

基本切换是指移动用户通信时从一 MSC 的 BSS 覆盖范围移动到另一 MSC 的 BSS 覆盖范围内,为保持通信而发生的切换过程。

基本切换的实现需要 MSC - A 与 MSC - B/VLR 相互配合, MSC - A 作为切换的移动用户控制方直至呼叫释放为止。

基本切换过程:

•  BSS - A 对 MS 无线信道质量不满意,并查看邻近位置信息,将合适邻近位置区码作为目的地信息通过切换要求信息要求 MSC - A 控制切换;

•  MSC - A 分析切换要求消息,发现目的地属于 MSC - B 覆盖范围,通过 MSC - B 请求 BSS - B 作 MS 接入准备即切换请求;

•  MSC - B 接收 MSC - A 的切换请求,向 VLR 要求切换号码作为 MSC - A 到 MSC - B 电路建立的寻址信息;

•  BSS - B 切换请求响应, MSC - B 向 MSC - A 发切换请求响应,消息中带切换号码通知 MSC - A ;

•  MSC - A 根据切换请求响应中的切换号码选择 MSC - A 与 MSC - B 间的 TUP 路由,向 MSC - B 发初始地址消息,被叫号码是切换号码;

•  MSC - B/VLR 收到初始地址消息确认切换号码,回送地址全消息到 MSC - A ;

•  MSC - A 收到地址全消息后,通过 BSS - A 指示 MS 进行切换;

•  MS 接入 BSS - B , BSS - B 通过 MSC - B 通知 MSC - AMS 已成功接入 BSS - B ;

•  MS 与 BSS - B 间成功完成信道建立, MSC - B 通知 MSC - A 切换完成;

•  MSC - B 完成接续并通知 MSC - A 通信建立成功,切换成功( TUP )。

•  后续切换

后续切换意味着移动用户基本切换完成后,在继续通信过程中又发生 MSC 间的切换。后续切换根据切换的目的地不同,可以分为两种情形:

•  后续切换回主控 MSC

•  后续切换到第三方 MSC

•  鉴权处理

在数字移动通信系统中,用户接入网络系统(开机、起呼、寻呼等),需要对用户合法性进行检查,具体包括两部分:

•  用户终端的合法性:

通过网络中的 EIR 设备,检查用户使用的终端是否在“黑名单”中,如果是非法用户,则不能接入网络。当前网络中普遍未提供该功能;

•  用户身份的合法性:

•  密码参数 Ki :同时存贮在用户 SIM 卡和鉴权中心 AUC 中;

•  算法:鉴权算法 A3 、加密算法 A8 等;

•  鉴权参数组:随机数 RAND ( 0--2**128-1 )、应答信号(残留结果) SRES 、密钥 Kc;

•  移动用户呼叫移动用户

MS1 服务于 MSC1/VLR1 、 MS2 服务于 MSC2/VLR2 , MS2 归属于 HLR/AUC 。

•  主叫用户 MS1 拨叫 MS2 电话号码,经过基站系统通知 MSC1 ;

•  MSC1 分析被叫用户 MS2 的电话号码,找到 MS2 所属的 HLR ,向 HLR 发送路由申请;

•  HLR 查询 MS2 的当前位置信息,获得 MS2 服务于 MSC2/VLR2 , HLR 向 MSC2/VLR2 请求路由信息;

•  MSC2/VLR2 分配路由信息,即漫游号码 MSRN ;将 MSRN 提交给 HLR ;

•  HLR 将 MSRN 送给主叫 MSC1 ;

•  MSC1 根据 MSRN 与 MSC2 之间进行呼叫建立;

•  MSC2/VLR2 向被叫用户 MS2 发送寻呼消息;

•  MSC2/VLR2 收到 MS2 用户可以接入消息;

•  MSC2 与 MSC1 间呼叫建立;

•  MSC1 向主叫 MS1 发送信号接通信号, MS1 与 MS2 可以通话。



作者:ayp  来源:中国中铁电气化局集团第三工程有限公司第二工程段

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