移动交换技术

第5章移动交换技术5．1移动通信系统的结构和接口移动通信系统的结构数字蜂窝移动通信网由移动交换子系统（MSS）、基站子系统（BSS）、操作维护中心（OMC）、移动用户设备、中继线路及其传输设备组成。移动交换子系统（MSS）由移动关口局（GMSC）、移动业务交换中心（MSC）、拜访位置寄存器（VLR）、归属位置寄存器（HLR）、用户鉴权中心（AUC）和设备识别寄存器（EIR）、短消息业务中心（SMSC）、移动业务汇接中心（TMSC）及信令转接点（STP）等组成。基站子系统（BSS）由基站控制器（BSC）和基站收/发信台（BTS）组成。基站子系统BSS基站子系统BSS可分为两部分。通过无线接口与移动台相连的基站收发信台（BTS）以及与移动交换中心相连的基站控制器（BSC），BTS负责无线传输、BSC负责控制与管理。基站收发台(BTS)包括无线传输所需要的各种硬件和软件，如发射机、接收机、支持各种小区结构(如全向、扇形、星状和链状)所需要的天线，连接基站控制器的接口电路以及收发台本身所需要的检测和控制装置等。完成BSC与无线信道之间的转换，实现BTS与MS之间通过空中接口的无线传输及相关的控制功能。BSC是基站系统（BSS）的控制部分，在BSS中起交换作用。BSC一端可与多个BTS相连，另一端与MSC和操作维护中心OMC相连，BSC面向无线网络，主要负责完成无线网络管理、无线资源管理及无线基站的监视管理，控制移动台和BTS无线连接的建立、接续和拆除等管理，控制完成移动台的定位、切换和寻呼，提供语音编码、码型变换和速率适配等功能，并能完成对基站子系统的操作维护功能。移动业务交换中心MSC1移动业务交换中心MSC是对位于其所覆盖区内的移动台进行控制、交换的功能实体，也是移动通信系统与公用电话网PSTN，综合业务数字网ISDN，分组交换网PSPDN及其它移动通信网的接口。MSC除了完成固定网中交换中心所完成的呼叫控制等功能外，还要完成无线资源的管理，移动性管理等功能。为了建立至移动台的呼叫路由，每个MSC还应能完成入口(GMSC)的功能，即查询移动台位置信息的功能。MSC从三种数据库，拜访位置寄存器（VLR）、归属位置寄存器（HLR）和鉴权中心（AUC）中取得处理用户呼叫请求所需的全部数据。来访位置寄存器VLRVLR是一个数据库，用来存储所有当前在其管理区域活动的移动台有关数据：IMSI、MSISDN、TMSI、MS登记所在的位置区、补充业务参数、始发CAMEL签约信息O-CSI、终结CAMEL签约信息T-CSI等。VLR是一个动态用户数据库。VLR从移动用户的归属位置寄存器（HLR）处获取并存贮必要的数据，一旦移动用户离开该VLR的控制区域，在另一个VLR登记，原VLR将取消该移动用户的数据记录。VLR通常与MSC合设在同一个物理实体中。归属位置寄存器HLRHLR是管理部门用于移动用户管理的数据库。每个移动用户都应在某个归属位置寄存器注册登记。HLR中主要存储两类信息：用户的用户数据，包括移动用户识别号码IMSI、MSISDN、基本电信业务签约信息、业务限制（例如限制漫游）和始发CAMEL签约信息O-CSI、终结CAMEL签约信息T-CSI等数据；用户目前所处位置（当前所在的MSC、VLR地址）的信息，以便建立至移动台的呼叫路由。鉴权中心AUCAUC属于HLR的一个功能单元部分，专门用于GSM系统的安全性管理。鉴权中心产生移动用户的鉴权三参数组（随机数RAND、符号响应SRES、加密键Kc），用来鉴权用户身份的合法性以及对无线接口上的话音、数据、信令信号进行加密，防止无权用户接入和保证移动用户通信的安全。通常，HLR、AUC合设于一个物理实体中。设备识别寄存器EIR设备识别寄存器EIR存储有关移动台设备参数的数据库。在EIR中存有网中所有移动台设备的识别码IMEI和设备状态标志(白色、灰色、黑色)。在我国的移动通信系统中，没有设置设备识别寄存器EIR。短消息中心（SC）短消息中心提供短消息业务功能。短消息业务（SHORTMESSAGESERVICE：SMS）提供在GSM网络中移动用户和移动用户之间发送讯息长度较短的信息。点对点短消息业务包括移动台MS发起的短消息业务MO/PP及移动台终止的短消息业务MT/PP。点对点短消息的传递与发送由短消息中心SC进行中继。短消息中心的作用像邮局一样，接收来自各方面的邮件，然后把它们进行分拣，再发给各个用户。短消息中心的主要功能是接收、存储和转发用户的短消息。移动通信系统的接口•Um接口：是用户终端设备MS与基站之间的空中无线接口。•A－bis接口：基站收发信机BTS与基站控制器BSC之间的接口•A接口：基站控制器BSC与移动交换中心MSC之间的信令接口。•B接口：MSC与来访位置寄存器VLR之间的接口。由于MSC与来访位置寄存器VLR通常设置在同一个物理设备中，该接口一般为内部接口。•C接口：MSC与归属位置寄存器HLR之间的接口•D接口：来访位置寄存器VLR与归属位置寄存器HLR之间的接口。•E接口：不同的移动交换中心MSC之间的接口。•G接口：不同的来访位置寄存器VLR之间的接口。移动用户的ISDN号码(MSISDN)MSISDN是主叫用户为呼叫数字公用陆地蜂窝移动用户时所需拨的号码。移动用户的ISDN号码由两部分组成：国家号码＋国内有效移动用户电话号码。我国的国家号码为86，国内有效电话号码为一个十一位数字的等长号码，其结构为：N1N2N3＋H0H1H2H3＋ABCD其中N1N2N3为数字蜂窝移动业务接入号，目前中国移动GSM移动通信网的业务接入号为135~139，中国联通GSM移动通信网的业务接入号为130~132，中国联通CDMA移动通信网的业务接入号为133。H0H1H2H3是用户注册所在地的HLR的识别码，H0H1H2全国统一分配，H3省内分配。ABCD为每个HLR中移动用户的号码。通过MSISDN，可确定用户注册所在的HLR。国际移动用户识别码IMSI国际移动用户识别码（IMSI）是在数字公用陆地蜂窝移动通信网中，唯一的识别一个移动用户的号码，为一个15位数字的号码，结构为：移动国家号MCC＋移动网号＋移动用户识别码MSIN国际移动用户识别码（IMSI）由移动用户国家号码MCC，移动用户所归属PLMN的网号MNC，移动用户识别号码MSIN三部分组成，总长度为15位。移动国家号码MCC，由3位数字组成，唯一地表示移动用户所属的国家，我国的移动用户国家号码为460。移动网号MNC，用来识别移动用户归属的移动网，中国移动900/1800MHzTDMA数字公用蜂窝移动通信网号为00，中国联通900/1800MHzTDMA数字公用蜂窝移动通信网号为01，中国联通CDMA移动通信网号为03。移动用户识别号码是一个十位数字的等长号码，可由各运营商自行确定编号原则,但移动用户识别号码的前四位与H0H1H2H3之间应有一定的对应关系，通过IMSI，同样可确定用户注册所在的HLR。移动用户漫游号码MSRN移动用户漫游号码MSRN是当呼叫一个移动用户时，为使网络进行路由再选择，VLR临时分配给移动用户的一个号码，结构为13SM0M1M2M3ABC。M0M1M2M3的数值与H0H1H2H3相同ABC为各移动局中临时分配给移动用户的号码。MSRN是在一次接续中临时分配给漫游用户的，供入口MSC选择路由用，一旦接续完毕即释放该号码，以便分配给其他的呼叫使用。该号码对用户是透明的。临时移动用户识别码TMSI为了对IMSI保密，VLR可给来访移动用户分配一个唯一的TMSI号码，它仅在本地使用，为一个4字节的BCD编码。由各个VLR自行分配。位置区识别码LAI位置区由若干个基站区组成，当移动台在同一位置区内时可不必向系统进行强迫位置登记。当呼叫某一移动用户时，只需在该移动台当前所在的位置区下属的各小区中寻呼即可。位置区识别码LAI由三部分组成：移动国家号MCC＋移动网号MNC＋LAC其中MCC、MNC与国际移动用户识别码（IMSI）中的编码相同，LAC为2字节16进制的BCD码，表示为L1L2L3L4。其中L1L2全国统一分配，L1L2L3L4全为0的编号不用。L3L4由各省分配。移动交换信令系统的结构UM接口A-BIS接口A接口移动应用部分MAP在移动通信网中，移动交换中心(MSC)至来访位置寄存器(VLR)的B接口、MSC至归属位置登记器的C接口、VLR至HLR的D接口、不同的MSC之间的E接口，MSC至设备识别寄存器(EIR)之间的F接口都使用移动应用部分(MAP)的信令规程。MAP是No．7信令系统的应用层协议，是事务处理部分(TC)的用户。MAP的主要功能是在MSC和HLR，VLR，EIR等网络数据库之间交换与电路无关的数据和指令，从而支持移动用户漫游、频道切换和用户鉴权等网络功能。MAP信令规程移动通信应用部分有以下几类信令过程：．位置登记和删除；．补充业务的处理；．呼叫建立期间用户参数的检索；．频道切换(转换)；．用户管理；·．操作和维护；．国际移动设备识别管理；．支持短消息业务；．鉴权。移动交换的处理过程移动呼叫处理的特点1．用户数据集中管理由于移动用户的位置是经常发生变化的，移动用户的用户数据是由用户归属的HLR集中管理的，HLR中主要存储两类信息：移动用户的用户数据，包括移动用户识别号码IMSI、MSISDN、基本电信业务签约信息、业务限制（例如限制漫游）和始发CAMEL签约信息O-CSI、终结CAMEL签约信息T-CSI等数据；移动用户目前所处位置（当前所在的MSC、VLR地址）的信息。同时在用户当前所在位置的的VLR中也会保留用户的部分数据，在呼叫处理过程中，MSC在需要的时候要向HLR和VLR查询相关用户数据，根据这些数据来完成不同的处理。2.位置登记与更新由于移动用户的位置是经常发生变化的，当用户的位置发生改变时，必须将用户当前所在的位置报告给系统。3.移动用户接入处理对于MS始发呼叫，不存在用户线扫描、拨号音发送和收号等处理过程，MS接入和发号通过无线接口信令完成，交换机的功能主要是检查MS的合法性及其呼叫权限。对于MS来话呼叫，则要执行寻呼过程。4．信道分配由于无线接口的频率资源有限，移动用户并没有固定的业务信道和信令信道，而是在通信时由交换机按需给MS分配业务信道和必要的信令信道。5．路由选择由于移动用户的位置是经常发生变化的，所以当移动用户为被叫时始发MSC要向被叫用户归属的HLR查询用户的当前位置，再由被叫用户归属的HLR向被叫当前所在的VLR要求为该次呼叫分配漫游号码，始发MSC通过漫游号码来选择路由6．切换这是移动交换区别于一般交换机的重要特点，它要求交换机在用户进入通信阶段后继续监视业务信道质量，必要时进行切换以保证通信连续性。位置登记与更新移动通信系统与固定电话系统的一个主要不同之处就是移动台MS的位置是在不断变化的，为了与系统保持联系，MS就需要不断地向系统报告自己当前的位置。GSM网络被划分为不同的位置区，位置区由位置区识别码LAI标识，每个小区的广播信道广播的系统消息中，都包含该小区所属的位置区识别码LAI，每个MS当前所在的位置区的LAI被保存在MS的SIM卡和该MS位于的VLR中。MS进行位置更新的时间MS进入了新的位置区，发现当前小区广播信道广播的系统消息中包含的位置区识别码LAI与SIM卡中保存的LAI不一致时系统定义的周期性位置更新位置更新的两种情况在GSM系统中有三个地方需要知道位置信息：HLR、VLR和MS（SIM卡），在MS的位置发生变化时需要保持三者的一致性，在VLR和SIM卡中保存的位置信息是MS当前所在的位置区识别码LAI，在MS归属的HLR中保存的位置信息是MS当前所在的VLR号码。同一MSC/VLR区不同的LAI的位置更新，只需更新VLR和MS（SIM卡）中的位置信息不同MSC/VLR区不同的LAI的位置更新，需更新HLR、VLR和MS（SIM卡）中的位置信息。仅涉及VLR与HLR的位置登记和删除过程在位置更新过程中，如果