GSM系统组成课件

GSM系統組成

GSM系統結構*GSM系統結構

GSM系統主體部分*網路交換子系統(NSS)

1)移動業務交換中心(MSC,MobileServicesSwitchingCenter)：MSC是GSM系統的核心,是對位於它所覆蓋區域中的移動臺進行控制和完成話路交換的功能實體,也是移動通信系統與其他公用通信網之間的介面。它使用戶使用各種業務成為可能。*網路交換子系統(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據。反之,MSC也可根據其最新得到的用戶請求資訊(如位置更新,越區切換等)更新資料庫的部分數據。

·MSC作為網路的核心,應能完成位置登記、越區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、超負荷控制等功能。

·MSC還支持通道管理、數據傳輸以及包括鑒權、資訊加密、移動臺設備識別等安全保密功能。

*網路交換子系統(NSS)對於容量比較大的GSM系統,一個網路子系統NSS可包括若干個MSC、VLR和HLR,當固定網用戶呼叫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務交換中心(亦稱移動關口局,簡稱GMSC)中,入口交換機負責從HLR中獲取移動用戶位置資訊,且把呼叫轉接到移動用戶所在的MSC那裏。*網路交換子系統(NSS)

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

VLR是一個資料庫,負責存儲MSC為了處理所管轄區域中MS(統稱來訪用戶)的來話接聽和去話呼叫所需檢索的資訊,例如用戶的號碼,所處位置區域的識別,向用戶提供的服務等參數。具體來講,VLR是為其控制區域內的移動用戶服務的,它存儲著進入其控制區域內的已登記的移動用戶的相關資訊,從而為該用戶以後的呼叫連接創造了前提條件。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據。一旦用戶離開該VLR的控制區域,則重新在他所進入的另一個VLR登記,原VLR將取消臨時記錄的該移動用戶的數據。因此,VLR可看作是一個動態的用戶數據庫。*網路交換子系統(NSS)

3)歸屬位置寄存器(HLR,HomeLocationRegister)

HLR是GSM系統的中央資料庫,主要存儲著管理部門用於移動用戶管理的相關數據,具體包括兩類資訊:一是有關用戶的參數,即該用戶的相關靜態數據,包括移動用戶識別號碼、訪問能力、用戶類別和補充業務等;二是有關用戶目前所處狀態的資訊,即用戶的有關動態數據,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務等。每個移動用戶都應在其HLR處註冊登記。HLR可以與MSC/VLR一一對應,也可以一個HLR控制若干個MSC/VLR或整個區域的移動網。

*網路交換子系統(NSS)

4)鑒權中心(AUC,AuthenticationCenter)

AＵC也是一個資料庫,保存著關於用戶的三個參數(隨機號碼RAND、回應數SRES和密鑰Kc)。其作用是:通過鑒權能夠確定移動用戶的身份是否合法,還能夠進一步滿足用戶的保密性通信等要求。鑒權是GSM系統採取的一種安全措施,用來防止無權用戶接入系統和保證通過無線介面的移動用戶通信的安全。任何手機在通話前都要先經過鑒權,待得到系統確認,承認其為合法用戶後,方可進入通話接續。在此過程中,AUC起到了關鍵的*網路交換子系統(NSS)

5)設備識別寄存器(EIR,EquipmentIdentityRegister)

對移動臺身份的核准包括三個組成部分:入網許可證的核准號碼、裝配工廠號和手機專用號。針對不同的核准結果,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准號碼,擁有該清單中的號碼的移動臺可以正常使用網路;黑色清單中收錄了所有的掛失移動臺和禁止入網移動臺的號碼,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路的監視,隨時可能被鑒別出其非法身份。這樣便可以確保入網移動設備不是被盜用的或是故障設備,確保註冊用戶的安全性。一旦手機丟失,只要向系統報告該手機的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(BSS)

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

BTS屬於基站子系統的無線介面設備,完全由BSC控制,主要負責無線傳輸,完成無線與有線的轉換、無線分集、無線通道加密、無線調製、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提供的信號發送給移動臺,從而完成BSC與無線通道之間的信號轉換。*基站子系統(BSS)

2)基站控制器(BSC,BaseStationControl)

BSC在BSS子系統內充當控制器和話務集中器,它主要負責管理BTS,而且當BSC與MSC之間的通道阻塞時,由它進行指示。BSC同時具有對各種通道的資源管理、社區配置的數據管理、操作維護、觀察測量和統計、功率控制、切換及定位等功能,是一個很強的功能實體。*

1)移動終端(MT,MobileTerminal)

移動終端就是“機”,它是移動臺的主體,是完成語音編碼、通道編碼、資訊加密、資訊的調製和解調、信號的發射和接收的主要設備。它可以通過天線接收來自外界無線通道的信號,然後經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,經過一系列相反的變換和處理,轉變成適合無線通道傳輸的信號形式,通過天線發送出去。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用戶的個人資訊和網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、提供特殊服務等,因而又稱為智能卡。GSM系統介面*GSM系統介面

GSM系統業務和編號GSM系統的業務*主要承擔業務

1.電信業務

電信業務是指端到端業務,它包括開放系統互連OSI的1~7層協議。GSM系統可以提供的電信業務大致可分為兩類:話音業務和非話業務。話音業務是GSM系統提供的基本業務,允許用戶在世界範圍內任何地點與固定電話用戶、移動電話用戶以及專用網用戶進行雙向通話聯繫。非話業務又稱數據業務,是指話音業務之外的業務。它提供了固定用戶和ISDN用戶所能享用的業務中大部分的業務,包括文字、圖像、傳真、電腦檔、Internet訪問等服務。*主要承擔業務電信業務分類*主要承擔業務

2.承載業務承載業務主要是指GSM網路傳輸具有流量、誤碼率和傳輸模式等技術參數的數據的業務,它僅包括OSI的1~3層協議。與電信業務相似,GSM系統的承載業務不僅使移動用戶之間能夠完成數據通信,更重要的是能為移動用戶與PSTN或ISDN用戶之間提供數據通信服務,還能使GSM移動通信網與其他公用數據網互通,例如公用分組數據網和公用電路數據網。*主要承擔業務按照數據傳輸方式不同,承載業務可分為兩大類:透明業務和不透明業務。透明業務是指數據按原始形式發送,到達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據流;不透明業務採用了額外的協議——無線鏈接協議(RLP，RadioLinkProtocol),用來檢測傳輸中的差錯,當發現傳輸的數據出錯時,該系統將重發該數據。由於透明業務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。不透明業務的數據傳輸由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,但不透明業務的精確度較高,能保證數據準確可靠的傳輸。*主要承擔業務

按照數據傳輸模式的不同,承載業務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,在發送每一字元代碼時,前面均加上一個“起”信號,其長度規定為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分串行傳輸的“字元”,也就是實現串行傳輸收/發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簡單,收/發雙方的時鐘信號不需要嚴格同步。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以下的低速數據傳輸。*主要承擔業務

同步傳輸是按照同步的時鐘節拍來發送和接收數據信號的,因此在一個串行的數據流中,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據流中正確地區分出一個個信號碼元,首先必須建立準確的時鐘信號。數據的發送一般以組(或稱幀)為單位,一組數據包含多個字元收發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。*主要承擔業務

3.補充業務補充業務又稱附加業務,是對基本業務的擴展。GSM系統不斷推出了許多補充業務,它們大多數是用於話音通信的,有的也可以用於數據通信。GSM所能提供的補充業務與ISDN網業務分類也極其相似,在第一階段,GSM僅能提供呼叫前轉類和呼叫閉鎖類補充業務。*

主要承擔業務*主要承擔業務

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業務接入方式一般來說,通信網的用戶業務是通過移動臺MS接入的,GSM系統也不例外。在GSM系統中,移動臺由兩個功能單元構成:移動終端設備(MT,MobileTerminal)和用戶終端設備(TE,TerminalEquipment)。為了使多種業務類型的用戶(分為標準ISDN和非標準ISDN終端用戶)按照統一的標準方式接入到GSM系統中,在各類用戶數據進入GSM無線通道之前,移動臺首先將用戶數據流轉換成與數字無線通道結構特性相相容的形式,然後再送入無線通道。為此,在移動臺內部,設置了MT單元,它的作用是為不同業務類型的用戶提供一組標準的介面,並將介面上的數據流移植到無線介面Um。具體來講,MT的功能包括語音編譯碼、資訊差錯控制、用戶數據流量控制、終端能力、無線傳輸終接、無線通道管理、移動管理(如越區切換控制)以及對多終端的支持等。

*業務接入方式

GSM業務接入方式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系統內(尤其是在其無線通道上)都適用的一個國際認可的移動用戶身份的標誌碼。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通信網的所有信令中,在用戶的SIM卡、系統的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)是移動台網絡號,由1位或2位數字組成,用以識別移動用戶所歸屬的移動網。中國移動的GSMPLMN(GSM公用陸地移動網)的網號為00,中國聯通的GSMPLMN網號為01。(3)MSIN(MobileSubscriberIdentificationNumber)是移動用戶識別碼,由11位數字組成,用以識別國內GSM移動網中的移動用戶。(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MSC與VLR在一起時,MSIN應為VLR地址+MSC區內統一編號。另外,組成MSIN的前兩位數(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號碼的結構為:*

(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)是國內目的地址碼,即網路的接入號。中國移動GSM網為139、138等;中國聯通GSM網為130、131等。

(3)SN(SubscriberNumber)是用戶號碼,由7位數字組成。中國電信SN號碼的結構是H1H2H3ABCD,其中,H1H2H3為每個移動業務本地網的HLR號碼,ABCD為移動用戶碼;中國聯通SN號碼的結構是H1H2ABCDE,其中,H1H2是移動業務本地網的HLR號碼,ABCDE是移動用戶碼。當用戶數量過多,號碼不夠用時,可對SN加以擴充。如中國移動GSM網的137,就是後來擴充的。移動臺ISDN號碼(MSISDN)*移動臺漫遊號(MSRN)

移動臺漫遊號碼是當移動臺由所屬的MSC／VLR業務區漫遊至另一個MSC／VLR業務區中時,為了將對它的呼叫順利發送給它而由其所屬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,並將此號碼發送給HLR,而HLR收到後再把此號碼轉送給GMSC。這樣,GMSC就可以根據此號碼選擇路由,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務區,此漫遊號碼即被收回,並可分配給其他來訪用戶使用。*

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

MSRN與MSISDN有相同的結構。例如,中國移動GSM移動通信網技術體制規定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)*

臨時移動臺標識(TMSI)

臨時移動臺標識,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務區內對移動臺的識別。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的保密性而設置的一個替代性的密碼。因此,TMSI是由IMSI轉換而來的,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設置TMSI碼還有另外一個原因:當使用TMSI進行通信時,可以獲得秘密保護而不會被截獲資訊。*國際移動臺設備識別碼(IMEI)

國際移動臺設備識別碼是用來惟一地標識一個移動臺設備的編碼,即GSM網路中的所有終端設備都可用IMEI這種統一的格式來標識。IMEI編碼最多由15位十進位數字組成。

IMEI號碼的結構為:*國際移動臺設備識別碼(IMEI)(1)TAC(TypeApprovalCode)是型號批准碼,6位數,