Lecture4移动通信网络

无线网络技术、应用及安全Lecture4移动通信网络郑相涵福州大学数学与计算机科学学院2019年8月16日2019年8月16日星期五GSMOverview蜂窝系统的概念和理论二十世纪六十年代就由美国贝尔实验室等单位提了出来。直到1979年美国在芝加哥开通了第一个AMPS(先进的移动电话业务)模拟蜂窝系统。GSM数字移动通信系统起源于欧洲。1991年在欧洲开通了第一个系统，同时MoU组织为该系统设计和注册了市场商标，将GSM更名为“全球移动通信系统”（Globa1systemforMobilecommunications）。从此移动通信跨入了第二代数字移动通信系统。1994年完成对GSM系统技术的规范2019年8月16日星期五TheGlobalStandard（全球标准）覆盖整个欧洲本土实现WW漫游用户可以使用多重网络第一个双频网络出现在欧洲和亚洲2019年8月16日星期五EvolutionofGSM（GSM的演变）GSMRequirementsGSM需要的条件•良好的主观语音质量•用户信息加密特性•必须运行在890-960MHZ工作频段•有效的频谱•支持国际漫游•最小限度的修改现有的固定公众网络•低手机服务费用•兼容ISDN（第三代兼容IP）•支持大量新业务和特性2019年8月16日星期五OtherGSMstandards（其他GSM标准）DCS1800•GSM900和DCS1800使用一样的标准•DCS1800是GSM900标准的一个增补•可以使用和GSM一样的交换•需要一些软件的升级•手机必需支持双频PCS1900•ETSI欧洲电信标准协会任命ANTIT1和TIA-46组织阐述PCS1900规格2019年8月16日星期五EvolutionofGSM•1982“移动通信特别组”在CEPT内建立•1986建立一永久核心•1987在1986年原型系统评价的基础上,选择了主要无线传输技术•1987GSM成为欧洲电信标准协会的一个技术委员会•198713家运营商签订协议•1989广播系统的原型•1990第一阶段GSM900规范制定•1991英国，法国，德国和意大利介绍GSM服务•1992摩托罗拉为COMVIQ建立第一个商用系统•1994第二阶段GSM标准发放•1996PHASE2+标准被定义2019年8月16日星期五GSM900，DCS1800，PCS1900的差异GSM900是最早的GSM系统，使用900MHZ频段，手机最大输出功率为1W到8W，覆盖范围大。DCS1800在GSM900的基础上把频段进行扩展，工作频率移到1800MHZ。移动台输出功率最大功率1W，故小区范围小，可以承受更高的用户密度。GSM900信道从1到124，而DCS1800从512到885。PCS1900主要在美国等地使用，其工作频率是在1900MHZ。2019年8月16日星期五TechnologyEvolution（技术发展）1G:•AMPS（AdvancedMobilePhoneService）•TACS（TotalAccessCommunicationsSystem）•JTACS•NMT-450（NordicMobileTelephone北欧移动电话系统）•NMT-9002G:•GSM900/GSM850•DCS1800•PCS1900•NADC北美数字通信系统•PDC日本通信系统•IS95CDMA2019年8月16日星期五2G+•GSM--HSCSD:HighSpeedCircuitSwitchData（高速电路交换数据）--GPRS:GeneralPacketRadioService（通用分组无线业务）--EDGE:EmphasesDataRatesforGSMEvolution（GSM增强数据库改进）•IS-95CDMA（95B）--HSD3GEUROPE--W-CDMA[W-CDMAforFDD/TD—CDMAforTDD]ASIA--TD-SCDMA(China)US--D-AMPSIS-136--cdma20002019年8月16日星期五GSM2G+HSCSD—HighSpeedCircuitSwitchedData高速电路交换数据•--数据传输时时隙复用（给一个用户同时分配四个时隙4*14.4=57.6k）•--带宽最大64k/bit•--同现有的GSM网络基础兼容GPRS—通用分组无线业务•--小区用户共享所有资源•--速率大于100kbit（8*21.4=171.2k）•--同现有的GSM网络基础兼容（增加路由器）EDGE-（GSM增强数据库改进）•--新的调制方式以获得更高速率：3P/88PSK•--保持200KHZ信道频间和GSMTDMA帧结构•--与现有的GMSK调制服务共存2019年8月16日星期五IMT—2000/3G+IMT:InternationalMobileTelecommunication-2000•Wirelessmultimedia无线多媒体•Bandwidthondemand384k•Globalcoverage全球覆盖•提高频谱利用率•（同样是以容量换速率，使得一个小区内的用户非常少）2019年8月16日星期五GSM网络结构Switch(MSC)FixedNetwork(PSTN)MSBSBSBSBSBSBSBSBSSwitch(MSC)2019年8月16日星期五BSCBTSBTSBTSBSSBSCBTSBTSBTSBSSMSCMSCOMCOMCADCNMCVLRVLRHLRAUCEIRInterfacetoothernetworkMS2019年8月16日星期五MS-MobileStation(移动台)BSS-BaseStationSystem(基站系统)BTS-BaseTransceiverStation(基站收发台）可把它看成是一个无线解调器。简单的说，它也是一个天线，接收手机发出的信号，同时也向手机发出信号。它完全由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、跳频等功能。BSC-BaseStationController(基站控制器)具有对一个或多个BTS进行控制的功能，它主要负责无线网路资源的管理、小区配置数据管理、功率控制、定位和切换等，是个很强的业务控制点BSC通过BTS和MS来管理信道的分配，释放及切换。一个BSC一端连接着几个BTS,另一端连接MSC。BSC和BTS合起来叫基站子系统。MSC-MobileSwitchingCenter(移动业务交换中心)移动业务交换中心，它是GSM网络的心脏，主要功能是协调呼叫GSM用户和来自GSM用户的呼叫。同时，它通过一些设备和其它网络相连，例如与固定电话相连。OMC-OperationsandMaintenanceCenter(操作与维护中心)对整个GSM网路进行管理和监控。通过它实现对GSM网内各种部件功能的监视、状态报告、故障诊断等功能。2019年8月16日星期五NMC-NetworkManagementCenter(网络管理中心)AUC-AuthenticationCenter(鉴权中心)鉴权中心,它是HLR功能的一部份，它的作用是检测用户的权限和判断用户是否是合法的用户。HLR-HomeLocationRegister(归属位置寄存器)存储管理部门用于移动客户管理的数据，它主要存储两类信息：一是有关客户的参数；二是有关客户目前所处位置的信息，以便建立至移动台的呼叫路由。VLR-VisitorsLocationRegister(来访位置寄存器)来访位置寄存器,是一个数据库，是存储MSC,为了处理所管辖区域中MS（统称拜访客户）的来话、去话呼叫所需检索的信息。EIR-EquipmentIdentityRegister(设备标识寄存器)存储有关移动台设备参数。主要完成对移动设备的识别、监视、闭锁等功能，以防止非法移动台的使用。PSTN-公共电话交换网2019年8月16日星期五MS-MobileStation在激活和关闭模式下都必须接入GSM服务的设备模式：•车载台•便携台•手机–重量0.8千克–大小900厘米–最小通话时间：1小时–最小待机时间：10小时2019年8月16日星期五移动台的输出功率类型120瓦车载台和便携台类型28瓦便携台和车载台类型35瓦手机类型42瓦手机类型50.8瓦手机•手机的输出功率决定了：–小区的覆盖范围–通话，待机时间•通话的输出功率随BTS控制而变化2019年8月16日星期五InternationalMobileEquipmentIdentity(IMEI)IMEI:国际移动设备识别码IMEI是唯一的用于识别移动设备的号码,每台手机都有且各不相同.它主要用于检测被盗和无效的这一类手机.IMEI=TAC+FAC+SNRSVN+6digits2digits6digits2digit2019年8月16日星期五InternationalMobileSubscriberIdentity(IMSI)IMSI是国际移动用户识别号,每个SIM卡都有维一的IMSI号,它作用是移动网络用来区别移动用户的号码IMSI=MCC+MNC+MSINNMSI3digits2digitsNotmorethan15digits2019年8月16日星期五MCC=MobileCountryCode移动国家号,中国为460MNC=MobileNetworkCode移动号码,识别移动用户所归属的移动通信网MSIN=MobileStationIdentificationNumber移动用户识别号,移动的识别一各移动网络中的移动用户.NMSI=NationalMobileSubscriberIdentity2019年8月16日星期五MSISDN：我们常说的手机号码是MSISDN，即手机的国际ISDN号码，它由三部分组成。CC=CountryCodeNDC=NationalDestinationCodeSN=SubscriberNumber例如:手机号码为8613011223344，其中86为中国国家号，130为国内地区码，11223344为移动用户号码。CCNDCSN移动国家号移动网号移动用户识别号2019年8月16日星期五SubscriberIdentityModule(SIM)SIM卡即个人用户识别卡,是全球通数字移动电话的一张个人资料卡,储存着用户的数据,鉴权方法及密钥,可供GSM系统对用户身份进行鉴别.同时,用户通过它完成与系统的连接和信息的交换.SIM卡有大小之分,我们现在都用小卡,它长25mm,宽15mm.SIM卡可以插入任何一部符合GSM规范的移动电话中,而话费则自动计人持卡用户的帐单上,与移动台无关.2019年8月16日星期五SIM卡号含义:前六位(898600):为中国的代号第七位:业务接入号,对应于135,136,138,139的5,6,8,9第八位:SIM卡功能位,一般为零第九,十位:各省的编码第十一,十二位:年号第十三位:供应商代码第十四到十九位:用户识别码第二十位:校验位2019年8月16日星期五•4-8位PIN码•3位伪登陆区•8位PUK码•10位伪登陆不可用区SIM卡的内容：•手机串号•IMSI，用户密匙•鉴权，加密算法•网络码•PIN,PUK•计费信息•日常缩写•附加功能MCCMNCMSIN3digits2digits10digits460xx123452019年8月16日星期五SIM卡的结构和类型：SIM卡是带有微处理器的智能芯片卡，它的构成是以下几个模块：---CPU---程序存储器(ROM)---工作存储器(RAM)---数据存储器(EPROM或E2PROM)---串行通信单元这五个模块必须集成在一块集成电路中，否则其安全性会受到威胁。因为，芯片间的连线可能成为非法存取和盗用SIM卡的重要线索。2019年8月16日星期五SIM卡的软件特性SIM卡采用新的单片机及存储器管理结构，因此处理功能大大增强。SIM