移动通信网与移动IP

1沈金龙教授南京邮电学院计算机科学与技术系第5章25.1蜂窝式公用陆地移动通信系统的简况5.2蜂窝式公用陆地移动通信网的基本组成5.3移动交换基本技术5.4移动交换信令5.5移动交换系统5.6移动IP技术目录3移动用户1.1981.1991.21.2011.2021.2031.2041.2051.2062001美国中国中国移动GSM8000万中国联通GSM3000万CDMA容量1500万4公用陆地移动通信系统(PLMTS：PublicLandMobileTelecomSystem)5.1蜂窝式公用陆地移动通信系统的简况模拟蜂窝移动电话无线寻呼、模拟无绳电话、模拟集群等1数字蜂窝移动电话高速无线寻呼、数字无绳电话、数字集群等2FPLMTSIMT-20003无线传输技术标准51G.模拟FDMA2G.数字TDMAGSMCDMAIS-95AIS-95B3G.数字4G.数字容量大频带利用率高覆盖面大基站数少总投资小2.5GGPRS分组技术数据率115.2Kb/s多媒体数据率2Mb/s63G.数字宽带CDMA4G.数字多媒体数据率2Mb/sIMT-2000TD-SCDMA20Mb/s--150Mb/sUMTS通用移动通信系统WCDMA日本CDMA2000北美5.2蜂窝式PLMTS的基本组成公用网交换中心交换中心地球站地球站通信卫星微机微机基站移动站手机移动站话机Q.10005.2.1网络功能结构MSCEIRHLRBSMSCVLRVLRAUCOMCPSTNISDNX.25PDNDDNATMUmAEBGDCF移动站基站基站子系统(BSS)网络子系统(NSS)基站子系统(BSS)和网络子系统(NSS)91.基站子系统移动台(MS)/移动用户基站(BS)：负责射频信号的发送和接收以及无线信号至移动业务交换中心(MSC)的接入，在某些系统中还可以有信道分配、蜂窝小区管理等控制功能。一般，一个基站控制一个或数个蜂窝小区（cell）。通常基站(BS)是由一个或多个基站收发信台(BTS)和基站控制器(BTC)组成。根据业务需要，BTS和BTC可处于同一位置，或分开设置。如果BTS与BSC之间的距离小于10m，业务信道可直接连接，称为组合方式；否则在BTS与BSC之间必须用Abis接口连接，称为远程方式。102.网络子系统(1)移动业务交换中心(MSC：MobileSwitchingCenter)：MSC是移动通信网的核心。它完成移动呼叫接续、跨区切换控制、无线信道管理等功能，同时也是PLMN与PSTN、ISDN、PDN(X.25分组网、FRN)、ATM网等陆地固定网的接口设备。MSC从HLR、VLR、AUC中，获取处理用户呼叫请求所需的各种信息，并更新相关的数据。(2)归属位置寄存器(HLR：HomeLocationRegister)：也称归属位置登记器。所谓“归属”指的是移动用户开户登记的移动局所属区域。HLR是一个专用数据库，它存储了在该地区开户的所有移动用户的用户数据（用户号码、移动台类型和参数、用户业务权限等）、位置信息、路由选择信息、漫游能力(动态数据)等。HLR还集中管理移动用户的计费信息。11(3)访问用户位置寄存器VLR(VisitorLocationRegister)：VLR是一个动态数据库，它贮存进入本地区的所有访问用户的相关数据。这些数据都是呼叫处理的必备数据，取自于访问用户的HLR，MSC处理访问用户的去话或来话呼叫时，直接从VLR检索数据，不需要再访问HLR。访问用户通常称为“漫游用户”。(4)设备标识寄存器EIR（EquipmentIdentifyRegister）：记录移动台设备号，如国际移动设备标识符(IMEI)、非经许可的移动台号(黑户)，能够供系统鉴别管理使用，验证其使用合法性等信息。12(5)鉴权中心（AUC:AuthenticationCenter）：AUC是一个独立的功能单元，只在数字移动通信系统中使用，通常与HLR位于一起。它提供各种安全措施，存储移动用户合法性检验的专用数据和算法，可防止非法使用并进行位置确定、跟踪，其传输通路是加密的，AUC数据库记录加密代码。(6)网络操作维护中心（OMC:OperationandMaintenanceCenter）：OMC用于整个系统的集中操作和维护。PLMS中每个组成部分都要连接到OMC，它由两个功能单元构成：OMC-SC(操作维护中心-交换部分)用于MSC和相关的VLR的操作及维护，由网络业务中心(NSC)来实现；OMC-M(操作维护中心-维护部分)用于BSS移动专用部分的操作和维护，在基站提供工作站(如Sun)来实现。135.2.2PLMN的通信接口1.Um接口Um接口，即无线接口，又称空中接口，该接口位于MS与BSS之间，移动通信系统的制式是与采用的Um接口技术有关：(1)按照话音信号传送方式：采用摸拟还是数字方式传送，可分为模拟和数字移动通信系统；(2)按照多址方式：可分为FDMA（频分多址）、TDMA（时分多址）和CDMA（码分多址）系统。142.A接口A接口，即无线接入接口。该接口位于MSC和BS之间，传送有关移动呼叫处理、基站管理、移动台管理、信道管理等信息，并与Um接口互通。在模拟移动通信系统中，A接口规范没有标准化，仅作为内部接口处理。在数字系统中，尤其是欧洲的GSM系统，对A接口作了详尽的定义，因此原则上可适用不同厂商生产的MSC和BS互连。153.B接口B接口是位于MSC和VLR之间的接口。MSC通过该接口向VLR传送漫游用户位置信息，并在呼叫建立时向VLR查询漫游用户的有关数据。4.C接口C接口是位于MSC和HLR之间的接口。MSC通过该接口向HLR查询被叫移动台的选路信息，以便确定呼叫路由，并在呼叫结束时向HLR发送计费信息。165.D接口D接口是位于VLR和HLR之间的接口。该接口主要用于寄存器之间传送移动台的用户数据、位置信息和选路信息。6.E接口E接口是位于MSC之间的接口。该接口主要用于跨局切换。当移动台在通信过程中由某一MSC业务区进入另一MSC业务区时，两个MSC需要通过该接口交换信息，由另一MSC接管该移动台的通信控制，使移动台通信不中断。177.F接口F接口是位于MSC和EIR之间的接口。MSC通过该接口向EIR查询发呼移动台设备的合法性。8.G接口G接口是位于VLR之间的接口。当移动台由某一VLR管辖区进入另一VLR管辖区时，新老VLR通过该接口交换必要的信息。18PLMN的三种组合方式：(1)综合式：MSC，HLR，VLR位于同一设备中，即移动交换机兼具位置寄存器的功能。交换机的内部接口有B接口和C接口(MSC与本局HLR)，移动交换机之间通过C，D，E，G接口的信令链路中传送信息。在移动网建设初规模校小时使用这种方式。(2)部分分离式：MSC和VLR位于同一物理设备中，HLR为单独的物理设备。这种方式当前用得最多。(3)完全分离式：MSC，HLR，VLR均为独立的物理设备。这时，HLR，VLR为独立的网络数据库，控制移动业务的处理，MSC则完成单纯的话路接续任务。这一结构和智能网结构完全一致。其中，HLR，VLR相当于SCP（业务控制点），MSC相当于SSP（业务交换点），它们之间通过7号信令交换信息。195.2.3网络区域划分蜂窝小区基站区位置区移动业务交换区服务区系统区205.2.4频道、信道和蜂窝小区频道指配信道蜂窝小区3G移动通信系统将采用2000MHz频段。每个系统在其工作频段中划分为若干频道，以供众多用户使用。典型的TACS模拟系统基站的发射频段935–960MHz，移动台的发射频段890-915MHz，频段宽度为25MHz，收发频段间隔为45MHz，频道间隔为25kHz，可划分为1000个频道；GSM数字系统频段宽度也是25MHz，划分为125个频道。信道是传送数据或控制信息的逻辑通道。FDMA:一个信道占用一个频道；TDMA:多个信道通过时分复用方式共用一个频道；CDMA:多个信道通过分配不同的伪随机扩频序列（伪码）共用一个频道。312546711...ba若a=2，b=1，则N=7。对于给定的N，若小区形状为正六边形，则频道分组数N和同频复用最小中心距D的关系为:D＝RN3N=a2+ab+b222基站设置的方法:基站设置在蜂窝中心，采用全向天线；基站设置在蜂窝顶点，采用1200定向天线，如图5.2.5（a）所示；基站设置成三叶草模型，采用600定向天线，如图5.2.5（b）所示。...1841121693171051219620131158418112169721142169频率复用小区nn+7n+141841121693171051219620131158216972114频率复用小区317102169基站设置成三叶草模型，采用600定向天线235.2.4编号计划移动台号簿号码（MSDN：MobileStationDirectoryNumber）国际移动台标识号（IMSI：InternationalMobileStationIdentification）国际移动台设备标识号（IMEI：InternationalMobileEquipmentIdentification）移动台漫游号（MSRN：MobileStationRoamingNumber）245.3移动交换基本技术5.3.1移动呼叫连接过程1.移动台初始化移动台开机后,首先就要通过自动扫描，捕获当前所在小区的广播信道，由此获得所在PLMN号、基站号和位置区域等信息，并将其存入RAM中。扫描的起始信道根据选定归属的PLMN确定。2.移动台呼叫固定网用户(1)BSMSC本地交换机通话(2)(4)(5)(6)(7)(8)(9)回铃音(10)被叫摘机被叫号码、IMSI(3)检索用户数据，取自HLR、VLR分配空余业务信道频道射频发射机“初始业务信道指配”调谐到指定频道BS确认业务信道建立选定路由，建立与PSTN连接。265.3.2漫游（roaming）5.3.3切换（h/o：handover）MSC1MSC2MS1MS2MS3局间中继(1)跨区切换。(2)越局切换。(3)不同系统间切换。(4)小区内切换。(5)强迫切换。275.3.4移动网安全技术1.临时移动用户标识号（TMSI）2.用户鉴权（Authentication）(1)用户标识模块（SIM）：SIM中存储的基本数据包括IMSI，鉴权密钥Ki，鉴权算法（A3）和数据加密密钥生成算法（A8）(2)用户鉴权过程(3)鉴权密钥的网络管理3.数据加密5.4移动交换信令CCSMSMMRML2L1L2L1MTPRMBSSMAPSCCPMMMTPSCCPBSSMAPCCSMSMAPMTPSCCPTCAISUPMSBSMSC(呼叫控制)(短消息服务)(移动性管理)(无线资源管理)(管理应用部分)(LAPDm)295.4.2无线接口信令物理层（L1）无线信道：业务信道（TCH）控制信道（CCH）（1）广播信道（BCH）广播控制信道（BCCH）频率校正信道（FCCH）同步信道（SCH）（2）公共控制信道（CCCH）寻呼信道（PCH）随机接入信道（RACH）接入准许信道（AGCH）（3）专用控制信道（DCCH）独立专控信道（SDCCH）（4）随路控制信道（ACCH）慢速随路控制信道（SACCH）快速随路控制信道（FACCH）•TCH+FACCH+SACCH•BCH+CCCH•SDCCH+SACCH信令层功能：MS网络侧(1)(2)(3)(4)(6)(7)(8)(10)(11)(12)(14)(15)(13)(9)(5)SDCCHFACCHTCHRACHAGCH（3）CM连接管理服务请求（4）用户鉴权（MM过程）（5）获取鉴权响应（6）加密模式命令（RR过程）（7）加密模式完成（8）呼叫建立消息（9）呼叫进行中（10）分配业务信道（RR过程）（11）分配完成（RR过程）（