《GSM信令流程》课件

GSM信令流程GSM信令流程是移动通信系统中，用于控制和协调用户设备、基站和网络之间通信的信号流程。它基于信令协议，定义了各种消息类型和交换格式，以确保移动通信的可靠性和效率。RMbyRoyMillerGSM网络架构概述蜂窝结构GSM网络采用蜂窝结构，将覆盖区域划分为若干个六边形小区，每个小区都有一个基站。无线接入网无线接入网（RAN）负责与移动终端进行通信，由基站、基站控制器（BSC）和无线资源管理中心（RNC）组成。核心网核心网负责管理移动用户，处理呼叫和数据业务，由移动交换中心（MSC）、归属位置寄存器（HLR）、鉴权中心（AUC）等组成。GSM网络分层结构1物理层物理层负责将数据转换为无线信号，并通过空中接口进行传输。2数据链路层数据链路层负责对物理层传输的信号进行纠错和重传，并进行流量控制。3网络层网络层负责路由和寻址，将数据包从源节点传输到目的节点。4应用层应用层负责提供各种应用服务，例如语音通话、短信服务和数据传输服务。物理层信令流程1时隙分配每个时隙对应一个用户2信道编码使用卷积码进行编码3交织提高抗突发噪声能力4调制使用GMSK调制方式数据链路层信令流程1帧结构数据链路层使用帧结构传输数据，包含信令信息和用户数据。帧结构包含帧头、帧体和帧尾。帧头包含同步信息和地址信息，帧体包含用户数据，帧尾包含校验信息。2信道类型GSM数据链路层使用多种信道，包括流量信道、控制信道和广播信道。流量信道用于传输用户数据，控制信道用于控制信令交换，广播信道用于广播系统信息。3信道接入手机通过接入控制信道访问网络资源，并通过流量信道传输数据。控制信道用于控制信令交换，流量信道用于传输用户数据。手机需要在数据链路层完成信道接入和数据传输。网络层信令流程连接建立MSC向SGSN发送连接请求，SGSN向BSC发送连接请求。数据传输MSC通过SGSN和BSC与用户设备进行数据传输。连接释放MSC向SGSN发送连接释放请求，SGSN向BSC发送连接释放请求。路由选择MSC通过SGSN进行路由选择，选择最佳路径将数据发送给目标用户设备。移动性管理信令流程1位置更新用户移动到新的位置后，向网络发送位置更新请求。2寻呼网络发送寻呼消息，查找用户。3注册用户进入网络后，需要向网络进行注册，以获取服务。移动性管理信令流程是指用户在GSM网络中移动时，所涉及的信令流程。移动性管理流程能够确保用户始终保持连接，并能接收来自网络的呼叫和数据。注册过程初始状态手机开机后，处于初始状态，没有与网络建立连接。发送注册请求手机向网络发送注册请求，包含手机的IMEI、IMSI等信息。网络验证网络验证手机的合法性，检查手机是否已注册，是否在服务区内等。分配临时标识网络分配一个临时标识（TMSI）给手机，用于后续通信。注册成功网络向手机发送注册成功消息，手机正式接入GSM网络。寻呼过程1基站广播寻呼消息基站广播寻呼消息，包含手机的MSISDN和寻呼区域。2手机接收寻呼消息手机接收寻呼消息，并根据消息内容判断是否为自身寻呼。3手机响应寻呼消息手机响应寻呼消息，发送寻呼响应消息，通知基站手机已接收到寻呼消息。呼叫发起过程1用户发起呼叫用户按下手机上的拨号键，输入目标用户的电话号码。2移动台发送呼叫请求移动台将呼叫请求发送给基站，包含目标用户的电话号码、呼叫类型等信息。3基站转发呼叫请求基站将呼叫请求转发给MSC，并提供用户的身份信息、位置信息等。4MSC处理呼叫请求MSC根据目标用户的信息，查询其位置并建立连接。MSC通过网络层将呼叫请求发送至目标用户的基站。目标用户的基站将呼叫请求发送给目标用户的手机。手机响铃，用户可以选择接听或拒接。呼叫接听过程1接听通知手机收到接听通知消息2呼叫建立手机与基站建立语音连接3接听确认手机发送接听确认消息呼叫接听过程是手机用户接听来电的信令流程。手机收到来电通知后，用户可以选择接听或拒接。接听时，手机会向基站发送接听确认消息，并建立语音连接。呼叫重定向过程请求重定向移动台向基站发送重定向请求消息。转发重定向基站将重定向请求消息转发到MSC。更新重定向MSC接收到重定向请求消息后，更新呼叫的目的地号码，并向移动台发送重定向指示消息。重新呼叫移动台收到重定向指示消息后，重新呼叫新的目标号码。呼叫保持过程1呼叫保持请求用户按下“保持”键，发出保持请求。手机向基站发送保持请求消息。2基站处理基站收到保持请求消息，将当前通话状态设置为保持状态，并将保持请求消息转发到交换机。3交换机处理交换机收到保持请求消息，将通话状态设置为保持状态，并向用户手机发送保持确认消息。4恢复通话用户按下“恢复”键，手机向基站发送恢复请求消息。基站将通话状态恢复为正常状态。呼叫释放过程1释放请求呼叫方发送释放请求2释放确认被叫方收到释放请求并确认3释放完成释放完成呼叫释放过程是结束通话的关键步骤。当用户想要结束通话时，会发送释放请求，并等待对方确认。释放确认收到后，系统会释放相关资源，完成通话结束。手机上下线过程手机上下线是GSM网络中一项重要的功能，允许用户在需要时连接和断开网络。1手机开机手机开机后，会搜索附近的基站。2注册过程手机向基站发送注册请求。3鉴权过程基站验证手机身份。4网络接入手机成功连接到GSM网络。手机下线是指手机断开与GSM网络的连接。用户可以选择主动下线，例如关闭手机电源，或者由于信号强度不足导致自动下线。短信息服务信令流程短信息服务(SMS)是GSM网络中重要的功能之一，它允许用户在移动设备之间发送和接收短文本消息。1短信发送用户在手机上输入短信内容并选择接收者。2短信路由手机将短信发送至SMSC，由其负责路由到目标手机。3短信接收目标手机收到来自SMSC的短信，并将其显示给用户。漫游注册过程手机进入新运营商网络手机漫游到新运营商网络，需要进行漫游注册。发送漫游注册请求手机向目标网络发送漫游注册请求，包含手机身份信息、当前位置等信息。目标网络验证身份目标网络验证手机身份，检查漫游权限，并分配临时标识和漫游信息。手机接收漫游信息手机收到目标网络的漫游信息，完成漫游注册过程，并更新自身状态。漫游寻呼过程1寻呼请求HLR接收到来自VLR的寻呼请求，并识别出目标MS的漫游位置。2寻呼转发HLR将寻呼请求转发到目标MS所在的GSM网络中的VLR。3寻呼广播VLR在目标MS所在的基站中广播寻呼信息，使目标MS收到寻呼信息。漫游呼叫过程1发起呼叫用户在漫游地发起呼叫2寻呼漫游地MSC寻呼用户3寻呼成功用户手机接收到寻呼信息4呼叫接听用户接听电话漫游呼叫过程是指用户在漫游地发起呼叫，并成功接通电话的过程。此过程涉及到多个网络节点，包括漫游地MSC、归属地MSC、VLR、HLR等。分组服务信令流程数据包传输GSM网络支持数据包传输，例如互联网访问或文件传输，通过GPRS（通用分组无线服务）技术。数据包分组数据被分成数据包，每个数据包包含数据内容和控制信息，例如数据包类型、源地址和目标地址。数据包路由网络层负责将数据包路由到正确的目的地，并确保数据包的顺序正确。数据包转发数据包在网络中的节点之间转发，最终到达接收方手机。位置更新过程1移动台移动手机离开当前小区范围，进入到新的小区覆盖区域。2位置更新请求手机向新的基站发送位置更新请求，包含手机身份信息和位置信息。3位置更新确认基站确认手机位置更新请求，并更新手机的位置信息到归属位置寄存器（HLR）。附加信息传送过程1发起端手机发送附加信息请求2网络侧识别附加信息并转发3接收端接收附加信息并处理附加信息传送过程是指在GSM网络中，用户可以发送各种类型的附加信息，例如短信、彩信等，并将信息发送到目标手机。呼叫转接过程1呼叫者发起转接请求呼叫者按下转接键，并输入被转接方号码2网络转发请求网络将转接请求发送给被转接方3被转接方接听被转接方确认接听转接的呼叫4连接建立网络建立呼叫者与被转接方的连接呼叫转接过程允许呼叫者将当前通话转接到另一个号码。网络负责将转接请求转发到目标号码，并建立新的通话连接。呼叫转移过程1呼叫转移请求移动台向网络发起呼叫转移请求，并提供目标号码。2网络处理请求网络验证用户身份和权限，并将呼叫转移信息存储在用户配置文件中。3呼叫转移生效用户手机收到呼叫转移信息，呼叫转移功能生效。4呼叫到达当用户手机处于通话状态或无法接听时，呼叫将被转移至目标号码。5目标号码接听目标号码接听电话，完成呼叫转移过程。密钥更新过程1密钥生成鉴权中心生成新的加密密钥。2密钥分发通过信令通道将密钥发送给基站。3密钥存储基站将新密钥存储在安全区域。4密钥更新基站向手机发送指令更新密钥。密钥更新是GSM系统安全机制的一部分，用于防止窃听和篡改。定期更新密钥可以增强系统安全性，确保通信的安全可靠性。鉴权过程身份验证移动台向网络发送请求，提供移动台识别码和身份验证参数。计算鉴权码网络根据移动台识别码和身份验证参数计算鉴权码。比对鉴权码移动台根据接收到的鉴权码和自身计算的鉴权码进行比对。验证结果如果鉴权码匹配，则网络允许移动台接入网络。加密过程1A3算法生成会话密钥2A8算法生成鉴权密钥3加密算法对数据进行加密GSM网络采用A3和A8算法生成加密密钥。A3算法使用随机数和鉴权密钥生成会话密钥。A8算法使用随机数和鉴权密钥生成鉴权密钥。加密算法对语音、数据、信令等信息进行加密，确保信息传输安全性。安全性分析加密算法采用A5/1、A5/3等算法，确保通话内容安全。鉴权SIM卡身份验证，防止非法用户接入。位置追踪通过基站位置信息，可追踪用户位置。安全漏洞存在破解风险，需加强安全防护措施。系统容量分析影响因素主要因素包括基站数量、信道容量、用户数量、业务类型等。