第六章 移动性管理

1、1第六章移动性管理移动通信概述电子工程学院2学习目标n移动性管理的内容n鉴权的必要性n移动性管理的实现移动通信概述电子工程学院3移动性管理概述n固网中，n008676922861102中国广东省东莞市东莞理工学院电子工程学院办公室麦老师n一定时期内，电话号码物理地址n在移动电话网中n139 麦老师？中国广东省东莞市东莞理工学院电子工程学院办公室移动通信概述电子工程学院4移动性管理概述n在移动通信网络中n为了和移动台保持联系，网络必须总是清楚移动台的大概位置n移动台必须向网络及时报告当前移动状态，和网络保持联系移动通信概述电子工程学院5移动性管理概述n在安全性方面，移动通信还必须n在允许用户使用

2、某个服务之前，必须进行鉴权操作n使用一个临时的用户身份代码TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity)n将通话加密移动通信概述电子工程学院6移动性管理概述n语音服务和数据服务略有不同n3G网络基本上沿用了2G网络的移动性管理原则n以下内容将以2G网络中的GSM系统为例，对移动性管理展开介绍移动通信概述电子工程学院7和移动性有关的号码nIMSIn尽量减少在网络中的传输，通常使用TMSInTMSIn是移动台向网络证明自己身份的临时身份代码nMSISDNn用户的电话号码nMSRNn Mobile Station Roaming Numbern移动台漫游号码，

3、在建立呼叫时网络分配的n主要作用是将呼叫接往合适的程控交换机(MSC或GMSC)移动通信概述电子工程学院8IMSInIMSIn在GSM中，是唯一的、不变的n它符合ITU身份识别计划E.212n只有无TMSI可用时，网络才利用它来寻找移动用户移动通信概述电子工程学院9IMSIn被编码成15位数字，由三个部分组成n移动国家代码MCC (Mobile Country Code)：用来识别移动用户所属的国家(460代表我国)n移动网络代码MNC (Mobile Network Code)：用来识别移动用户所属的网络(在我国，00代表中国移动)n移动用户识别码MSIN (Mobile Subscribe

4、r Identification Number)：使用在一个GSM网络中的用户号码移动通信概述电子工程学院10图61IMSI的结构MCCMNCMSIN3位数字2位数字10位数字IMSI移动通信概述电子工程学院11TMSInTMSIn由VLR分配给移动台的临时代码，仅适用于当前VLR覆盖的区域n仅仅在移动台被叫(或主叫)时，建立呼叫时使用n不同的VLR中可以出现相同的TMSI，移动台更换VLR的同时，TMSI可以被更新移动通信概述电子工程学院12MSISDNnMSISDNn对于GSM网络以外的所有对象，是移动用户的电话号码nMSISDN和IMSI的对应关系只存在于HLR中n它的格式符合国际电话编

5、号计划E.164移动通信概述电子工程学院13MSISDNn国家代码CC (Country Code)：移动用户注册的所在国家(86代表我国)n国内用户号NMN (National Mobile Number)：n国内目的地代码NDC (National Destination Code)，指明了国内的特定PLMN网n用户号码SN (Subscriber Number)，由运营商自由分配移动通信概述电子工程学院14图62MSISDN的结构CCNDCSNMSISDNNMN移动通信概述电子工程学院15MSRNn主要功能n将从GMSC进来的呼叫接往和移动台连接的当前MSCn在和移动台建立呼叫时，由移动

6、台当前的VLR暂时分配给移动台，是唯一的n它的结构和MSISDN的结构一致移动通信概述电子工程学院16GSM系统中不同代码的具体作用n有呼叫进入时(固话用户对移动用户进行呼叫)nMSISDN被呼叫，呼叫被固网接向最近的GMSC；n为了知道将呼叫传递给哪个MSC，GMSC向HLR发出询问；nHLR将MSISDN转译成IMSI，并使用它向移动台当前的VLR发出询问；n移动台的VLR分配一个MSRN (充当临时的IMSI)给移动台，并且将该号码发给HLR；移动通信概述电子工程学院17GSM系统中不同代码的具体作用nHLR收到MSRN后，马上转发给GMSCnGMSC建立和移动台当前MSC的呼叫n最后，

7、MSC使用TMSI (在移动台开机时或更换位置时已经分配给它的)来呼叫移动台移动通信概述电子工程学院18图63GSM中不同代码的交换移动通信概述电子工程学院19IMEIn每个终端的IMEI代码是唯一的，被编码成15位数字，由四部分构成nTAC (Type Approval Code)：占6位，设备通过检验后由设备制造商提供；nFAC (Final Assembly Code)：占2位，表明设备制造商代码；nSNR (Serial Number)：占6位，由制造商自行分配；nSpare：目前预留。移动通信概述电子工程学院20图64IMEI的结构TACFACSNR6位2位6位IMEISP1位移动通

8、信概述电子工程学院21n在phase 2+，IMEI被扩展到16位数字，最后两位用来定义终端软件版本SVN (Software Version Number)，被称为IMEISV (International Mobile station Equipment Identity and Software Version Number)。移动通信概述电子工程学院22鉴权和加密n移动通信用户始终面临两大威胁n账号被盗用n通信被窃听nGSM系统必须可以n对用户进行鉴权nIMSI的保密n用户数据的保密n信令信息的保密移动通信概述电子工程学院23鉴权和加密nGSM中进行鉴权和加密的参数n一个128 bit

9、s的随机数RANDn鉴权密钥Ki和由Ki得到的加密密钥Kcn使用RAND和Ki为输入变量，计算出SRES (Signed RESponse)的算法A3n使用RAND和Ki为输入变量，计算出密钥Kc的算法A8n和Kc一起用来加密/解密数据的算法A5移动通信概述电子工程学院24图66GSM中安全性不同基本要素的应用鉴权三要素鉴权加密移动台和HLR/AUC的A3算法利用RAND和鉴权密 钥 K i 得 到SRES。移动台和HLR/AUC的A8算法利用RAND和鉴权密钥Ki得到加密密钥Kc。鉴权三要素使 得 网 络(MSC/VLR)可以对一个移动用户鉴权和对通话加密。移动通信概述电子工程学院25对IM

10、SI和TMSI的鉴权n目的n保护网络资源n防止用户账户被盗用以及通信被窃听移动通信概述电子工程学院26图67鉴权流程NetworkYesNon用户鉴权成功用户鉴权失败，禁止使用网络资源网络发送一个随机数RAND给移动台移动台的SIM卡通过算法A3和鉴权密钥Ki计算出RAND的签名SRES。移动台将SRES发回给网络网络将该SRES和它计算出的结果进行比较，如果两者相同，则鉴权成功移动通信概述电子工程学院27移动性管理n目的n使网络随时知道移动台大概的地理位置n主要使用两种机制n确定的地理位置n如果可能的话，网络在任何时候都清楚地知道移动台在哪n对移动台的寻找n网络在移动台先前停留的位置区中，发

11、出paging消息寻找移动台移动通信概述电子工程学院28移动性管理n位置区的应用nLA (Location Area)n将一个LA分成若干个蜂窝小区，系统只需要知道用户所在的当前LAn在用户被呼叫时，系统只需要在用户当前LA的蜂窝小区中发出paging消息对用户进行寻找移动通信概述电子工程学院29图68一个位置区的构造蜂窝小区位置区边界移动通信概述电子工程学院30移动性管理n周期性更新n由移动台定期向系统发送自己的当前位置n缺点n移动台静止时，移动终端消耗太多电能，并在网络中产生大量无用的信令交换移动通信概述电子工程学院31移动性管理n位置区改变时更新n蜂窝通信系统中常用的方法n位置更新过程n

12、基站定期在信标信道(GSM中的BCCH信道)上广播位置区号n移动台定期地接收该信息并储存n在发现接收到的位置区号和自己所储存的不同时，就向网络发出自己的最新位置移动通信概述电子工程学院32图69位置区变化时的位置更新位置区B位置区A移动通信概述电子工程学院33GSM中的移动性管理n位置区标识LAInLocation Area Identificationn三部分组成nMCCnMNCnLAC：Location Area Code，由运营商自由分配的地理区域代码(最多是2个字节)移动通信概述电子工程学院34MCCMNCLAC图610位置区标识LAI的结构该代码在一个GSM网络中是唯一的。移动通信概

13、述电子工程学院35GSM中的移动性管理n数据库的管理(HLR、VLR)n一个VLR管理数个LA，但是一个LA只能由一个VLR管理nVLR储存它管理的所有移动台的当前LAnHLR只储存每个用户当前的VLR代码，不储存移动台的当前LA移动通信概述电子工程学院36图611地理位置管理实体的层次关系使用TMSIa寻找移动通信概述电子工程学院37GSM中的移动性管理nGSM中移动性管理的特点n结合了周期性更新和位置区更新n位置区的更新n允许网络将用户的所有特征参数从原来的VLR转移到当前的VLRn是移动台发起的n当移动台不处于专用模式时，它不断地扫描当前LA的LAI，有必要时，马上启动更新n移动用户将L

14、AI是储存在它的SIM卡中移动通信概述电子工程学院38GSM中的移动性管理n周期性位置区更新n空闲模式下，移动台定期和网络联系n网络决定周期的长短n网络将这个值在广播控制信道BCCH (Broadcast Control CHannel)上广播，该值介于6分钟到24小时；n网络也可能用一个无穷大的值来取消这个操作n这种更新一般用来校正网络实体间的地理位置信息传输的不连贯性，如HLR、VLR或者链路的损坏等。移动通信概述电子工程学院39接入(IMSI Attach)和退出(IMSI Detach)n目的n避免GSM网络寻找已关机的移动台，通过在MSC/VLR中储存的一个参数来了解移动台是处于关机还是开机状态n关机或取出SIM卡时，将激活一个明显的IMSI Detach过程n关机后，移动台将仍然保持一个很短的工作时间，将消息“IMSI DETACH”发给MSC/VLR移动通信概述电子工程学院40接入(IMSI Attach)和退出(IMSI Detach)n当移动台开机时，将激活IMSI Attach过程n在一定的时间内，VLR和