GSM系统组成课件

GSM系统组成

GSM系统结构*GSM系统结构

GSM系统主体部分*网络交换子系统(NSS)

1)移动业务交换中心(MSC,MobileServicesSwitchingCenter)：MSC是GSM系统的核心,是对位于它所覆盖区域中的移动台进行控制和完成话路交换的功能实体,也是移动通信系统与其他公用通信网之间的接口。它使用户使用各种业务成为可能。*网络交换子系统(NSS)

MSC的具体功能如下:

·MSC可从三种数据库(HLR、VLR和AUC)中获取处理用户位置登记和呼叫请求所需的全部数据。反之,MSC也可根据其最新得到的用户请求信息(如位置更新,越区切换等)更新数据库的部分数据。

·MSC作为网络的核心,应能完成位置登记、越区切换和自动漫游等移动管理工作。同时具有电话号码存储编译、呼叫处理、路由选择、回波抵消、超负荷控制等功能。

·MSC还支持信道管理、数据传输以及包括鉴权、信息加密、移动台设备识别等安全保密功能。

*网络交换子系统(NSS)对于容量比较大的GSM系统,一个网络子系统NSS可包括若干个MSC、VLR和HLR,当固定网用户呼叫GSM移动用户时,无需知道移动用户所处的位置,此呼叫首先被接入到入口移动业务交换中心(亦称移动关口局,简称GMSC)中,入口交换机负责从HLR中获取移动用户位置信息,且把呼叫转接到移动用户所在的MSC那里。*网络交换子系统(NSS)

2)来访位置寄存器(VLR,VisitorLocationRegister)

VLR是一个数据库,负责存储MSC为了处理所管辖区域中MS(统称来访用户)的来话接听和去话呼叫所需检索的信息,例如用户的号码,所处位置区域的识别,向用户提供的服务等参数。具体来讲,VLR是为其控制区域内的移动用户服务的,它存储着进入其控制区域内的已登记的移动用户的相关信息,从而为该用户以后的呼叫连接创造了前提条件。VLR从该移动用户所在的归属位置寄存器(HLR)处获得并存储该用户的数据。一旦用户离开该VLR的控制区域,则重新在他所进入的另一个VLR登记,原VLR将取消临时记录的该移动用户的数据。因此,VLR可看作是一个动态的用户数据库。*网络交换子系统(NSS)

3)归属位置寄存器(HLR,HomeLocationRegister)

HLR是GSM系统的中央数据库,主要存储着管理部门用于移动用户管理的相关数据,具体包括两类信息:一是有关用户的参数,即该用户的相关静态数据,包括移动用户识别号码、访问能力、用户类别和补充业务等;二是有关用户目前所处状态的信息,即用户的有关动态数据,如用户位置更新信息或漫游用户所在的MSC/VLR地址及分配给用户的补充业务等。每个移动用户都应在其HLR处注册登记。HLR可以与MSC/VLR一一对应,也可以一个HLR控制若干个MSC/VLR或整个区域的移动网。

*网络交换子系统(NSS)

4)鉴权中心(AUC,AuthenticationCenter)

AＵC也是一个数据库,保存着关于用户的三个参数(随机号码RAND、响应数SRES和密钥Kc)。其作用是:通过鉴权能够确定移动用户的身份是否合法,还能够进一步满足用户的保密性通信等要求。鉴权是GSM系统采取的一种安全措施,用来防止无权用户接入系统和保证通过无线接口的移动用户通信的安全。任何手机在通话前都要先经过鉴权,待得到系统确认,承认其为合法用户后,方可进入通话接续。在此过程中,AUC起到了关键的*网络交换子系统(NSS)

5)设备识别寄存器(EIR,EquipmentIdentityRegister)

对移动台身份的核准包括三个组成部分:入网许可证的核准号码、装配工厂号和手机专用号。针对不同的核准结果,移动台的IMEI会分列于白色清单、黑色清单或灰色清单这三种表格之一。白色清单中收录了所有的核准号码,拥有该清单中的号码的移动台可以正常使用网络;黑色清单中收录了所有的挂失移动台和禁止入网移动台的号码,拥有这些号码的移动台会被暂时禁用(闭锁);灰色清单收录了所有的出现异常或功能不全,但不足以禁用的移动台的号码,拥有这些号码的移动台会受到网络的监视,随时可能被鉴别出其非法身份。这样便可以确保入网移动设备不是被盗用的或是故障设备,确保注册用户的安全性。一旦手机丢失,只要向系统报告该手机的IMEI号码,EIR就会将其列入黑色清单,使得盗用者空欢喜一场。*基站子系统(BSS)

1)基站收发信台(BTS,BaseTransferandReceiveStation)

BTS属于基站子系统的无线接口设备,完全由BSC控制,主要负责无线传输,完成无线与有线的转换、无线分集、无线信道加密、无线调制、编码等功能。具体来说,它可以接收来自移动台的信号,也可以把BSC提供的信号发送给移动台,从而完成BSC与无线信道之间的信号转换。*基站子系统(BSS)

2)基站控制器(BSC,BaseStationControl)

BSC在BSS子系统内充当控制器和话务集中器,它主要负责管理BTS,而且当BSC与MSC之间的信道阻塞时,由它进行指示。BSC同时具有对各种信道的资源管理、小区配置的数据管理、操作维护、观察测量和统计、功率控制、切换及定位等功能,是一个很强的功能实体。*

1)移动终端(MT,MobileTerminal)

移动终端就是“机”,它是移动台的主体,是完成语音编码、信道编码、信息加密、信息的调制和解调、信号的发射和接收的主要设备。它可以通过天线接收来自外界无线信道的信号,然后经过一系列的变换和处理,还原成话音信号,供用户接听;相反的,它也可以将用户的话音信号,经过一系列相反的变换和处理,转变成适合无线信道传输的信号形式,通过天线发送出去。移动终端的组成原理框图如图所示。

移动台(MS)*移动台(MS)

*移动台(MS)2)用户识别卡(SIM)

用户识别卡中存储着有关用户的个人信息和网络管理的一些信息以及加密、解密算法等,通过这些信息可以验证用户身份、防止非法盗用、提供特殊服务等,因而又称为智能卡。GSM系统接口*GSM系统接口

GSM系统业务和编号GSM系统的业务*主要承担业务

1.电信业务

电信业务是指端到端业务,它包括开放系统互连OSI的1~7层协议。GSM系统可以提供的电信业务大致可分为两类:话音业务和非话业务。话音业务是GSM系统提供的基本业务,允许用户在世界范围内任何地点与固定电话用户、移动电话用户以及专用网用户进行双向通话联系。非话业务又称数据业务,是指话音业务之外的业务。它提供了固定用户和ISDN用户所能享用的业务中大部分的业务,包括文字、图像、传真、计算机文件、Internet访问等服务。*主要承担业务电信业务分类*主要承担业务

2.承载业务承载业务主要是指GSM网络传输具有流量、误码率和传输模式等技术参数的数据的业务,它仅包括OSI的1~3层协议。与电信业务相似,GSM系统的承载业务不仅使移动用户之间能够完成数据通信,更重要的是能为移动用户与PSTN或ISDN用户之间提供数据通信服务,还能使GSM移动通信网与其他公用数据网互通,例如公用分组数据网和公用电路数据网。*主要承担业务按照数据传输方式不同,承载业务可分为两大类:透明业务和不透明业务。透明业务是指数据按原始形式发送,到达接收端时有固定的时延,并在接收端尽可能忠实地再生出数据流;不透明业务采用了额外的协议——无线链接协议(RLP，RadioLinkProtocol),用来检测传输中的差错,当发现传输的数据出错时,该系统将重发该数据。由于透明业务未采取针对差错的任何措施,因而精确度较差,但传输速率快,适用于对速率要求高但对精确度要求较低的情况。不透明业务的数据传输由RLP控制,因而传输速率较慢,而且传输时延会随着链路条件的不同而不同,但不透明业务的精确度较高,能保证数据准确可靠的传输。*主要承担业务

按照数据传输模式的不同,承载业务也有同步传输和异步传输之分。异步传输一般以字符为单位,不论所采用的字符代码长度为多少位,在发送每一字符代码时,前面均加上一个“起”信号,其长度规定为1个码元,极性为“0”,即空号的极性;字符代码后面均加上一个“止”信号,其长度为1或2个码元,极性皆为“1”,即与信号极性相同。加上起、止信号的作用就是为了能区分串行传输的“字符”,也就是实现串行传输收/发双方的码组或字符的同步。这种传输方式的特点是同步实现简单,收/发双方的时钟信号不需要严格同步。缺点是对每一字符都需加入“起、止”码元,使传输效率降低,故适用于1200bit／s以下的低速数据传输。*主要承担业务

同步传输是按照同步的时钟节拍来发送和接收数据信号的,因此在一个串行的数据流中,各信号码元之间的相对位置都是固定的(即同步的)。接收端为了从收到的数据流中正确地区分出一个个信号码元,首先必须建立准确的时钟信号。数据的发送一般以组(或称帧)为单位,一组数据包含多个字符收发之间的码组或帧同步,是通过传输特定的传输控制字符或同步序列来完成的,传输效率较高。*主要承担业务

3.补充业务补充业务又称附加业务,是对基本业务的扩展。GSM系统不断推出了许多补充业务,它们大多数是用于话音通信的,有的也可以用于数据通信。GSM所能提供的补充业务与ISDN网业务分类也极其相似,在第一阶段,GSM仅能提供呼叫前转类和呼叫闭锁类补充业务。*

主要承担业务*主要承担业务

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业务接入方式一般来说,通信网的用户业务是通过移动台MS接入的,GSM系统也不例外。在GSM系统中,移动台由两个功能单元构成:移动终端设备(MT,MobileTerminal)和用户终端设备(TE,TerminalEquipment)。为了使多种业务类型的用户(分为标准ISDN和非标准ISDN终端用户)按照统一的标准方式接入到GSM系统中,在各类用户数据进入GSM无线信道之前,移动台首先将用户数据流转换成与数字无线信道结构特性相兼容的形式,然后再送入无线信道。为此,在移动台内部,设置了MT单元,它的作用是为不同业务类型的用户提供一组标准的接口,并将接口上的数据流移植到无线接口Um。具体来讲,MT的功能包括语音编译码、信息差错控制、用户数据流量控制、终端能力、无线传输终接、无线信道管理、移动管理(如越区切换控制)以及对多终端的支持等。

*业务接入方式

GSM业务接入方式GSM的编号*国际移动用户识别码(IMSI)

国际移动用户识别码,顾名思义就是指在世界上所有的GSM系统内(尤其是在其无线信道上)都适用的一个国际认可的移动用户身份的标志码。每个GSM移动用户都有一个IMSI,而且具有全球惟一性和永久不变性(更换身份证或丢失SIM卡的情况除外)。IMSI用于GSM通信网的所有信令中,在用户的SIM卡、系统的HLR和VLR中都有存储。就像一个人银行存折上的密码一样,IMSI码应尽可能的保密,否则,通信很容易被窃听，或者身份被非法用户冒用。为了满足各国的不同要求,IMSI的长度是可变的,最长为15位,使用数字0～9*国际移动用户识别码(IMSI)

(1)MCC(MobileCountryCode)是移动台国家码,由3位数字组成,用以识别移动用户所属的国家。我国的MCC为460。(2)MNC(MobileNetworkCode)是移动台网络号,由1位或2位数字组成,用以识别移动用户所归属的移动网。中国移动的GSMPLMN(GSM公用陆地移动网)的网号为00,中国联通的GSMPLMN网号为01。(3)MSIN(MobileSubscriberIdentificationNumber)是移动用户识别码,由11位数字组成,用以识别国内GSM移动网中的移动用户。(4)MCC和MNC两部分码在世界上是惟一的,用来确定用户的PLMN。当MSC与VLR在一起时,MSIN应为VLR地址+MSC区内统一编号。另外,组成MSIN的前两位数(H1和H2)用来表示用户在其PLMN中的HLR地址。*移动台ISDN号码(MSISDN)

MSISDN也是移动用户身份号码,是GSMPLMN之外的用户(如固定电话用户或CDMA网用户)要与GSM用户通信时所使用的号码。只有用户所在的HLR中存储着该号码。

MSISDN号码的结构为:*

(1)CC(CountryCode)是国家码,表示用户移动台注册的那个国家。我国为86。

(2)NDC(NationalDestinationCode)是国内目的地址码,即网络的接入号。中国移动GSM网为139、138等;中国联通GSM网为130、131等。

(3)SN(SubscriberNumber)是用户号码,由7位数字组成。中国电信SN号码的结构是H1H2H3ABCD,其中,H1H2H3为每个移动业务本地网的HLR号码,ABCD为移动用户码;中国联通SN号码的结构是H1H2ABCDE,其中,H1H2是移动业务本地网的HLR号码,ABCDE是移动用户码。当用户数量过多,号码不够用时,可对SN加以扩充。如中国移动GSM网的137,就是后来扩充的。移动台ISDN号码(MSISDN)*移动台漫游号(MSRN)

移动台漫游号码是当移动台由所属的MSC／VLR业务区漫游至另一个MSC／VLR业务区中时,为了将对它的呼叫顺利发送给它而由其所属MSC／VLR分配的一个临时号码。具体来讲,为了将呼叫接至处于漫游状态的移动台处,必须要给入口MSC(即GMSC,GatewayMSC)一个用于选择路由的临时号码。为此,移动台所属的HLR会请求该移动台所属的MSC／VLR给该移动台分配一个号码,并将此号码发送给HLR,而HLR收到后再把此号码转送给GMSC。这样,GMSC就可以根据此号码选择路由,将呼叫接至被叫用户目前正在访问的MSC／VLR交换局了。一旦移动台离开该业务区,此漫游号码即被收回,并可分配给其他来访用户使用。*

MSRN只是临时性用户数据,但在HLR和VLR中都会有所保存。根据各国不同的要求,MSRN也具有可变的长度。

MSRN与MSISDN有相同的结构。例如,中国移动GSM移动通信网技术体制规定139后第一位为零的MSISDN号码为移动用户漫游号码(MSRN),即为1390M1M2M3ABC。其中,M1M2M3为MSC的号码,M1M2与MSISDN号码中的H1H2相同。移动台漫游号(MSRN)*

临时移动台标识(TMSI)

临时移动台标识,顾名思义是指一种临时身份,是由某个MSC／VLR分配并且仅用于在该业务区内对移动台的识别。因此,从属于不同VLR的几个移动用户可以使用相同的TMSI。

TMSI可以理解成为了保证IMSI的保密性而设置的一个替代性的密码。因此,TMSI是由IMSI转换而来的,但它有很大的自由度而且只占4个字节,比IMSI要短,这样可以减小无线信道上呼叫信息的长度。

GSM设置TMSI码还有另外一个原因:当使用TMSI进行通信时,可以获得秘密保护而不会被截获信息。*国际移动台设备识别码(IMEI)

国际移动台设备识别码是用来惟一地标识一个移动台设备的编码,即GSM网络中的所有终端设备都可用IMEI这种统一的格式来标识。IMEI编码最多由15位十进制数字组成。

IMEI号码的结构为:*国际移动台设备识别码(IMEI)(1)TAC(TypeApprovalCode)是型号批准码,6位数,