GSM移动台开机登陆和关机实验

GSM移动台开机登陆和关机实验一、实验目的1、了解GSM移动终端开机后接入网络进入工作状态的全过程；2、掌握GSM移动终端开机入网位置登记的信令过程；3、掌握GSM移动终端关机离开网络的信令过程。二、预备知识1、GSM移动终端开机搜索网络的过程；2、GSM移动终端同基站建立RR连接的信令过程；3、GSM移动终端开机入网时IMSI附着的信令；4、GSM移动终端关机时IMSI分离涉及到的信令。三、实验仪器1、移动通信实验箱一台；2、台式计算机一台；四、实验原理1、移动台开机搜索网络的过程当移动终端MS开机或者从盲区进入覆盖区时，手机将寻找PLMN（公共陆地移动网络）允许的所有频点，搜寻最强的BCCH载频，接收到FCCH信道信息，锁定到一个正确载频频率上。紧接着，MS开始解码SCH信道上与同步有关的信息。这时，MS也可以接收BCCH信道上有关小区信息的系统消息了。MS比较系统消息中所携带的本小区的LAI和手机中所存储的LAI。如果两者相同，则触发IMSI附着过程。否则，则触发正常位置更新。本实验主要进行IMSI附着的信令过程，及其MSC/VLR数据库中对于此MS记录的改变情况。而正常的位置更新过程将在移动性管理实验中介绍。GSM网络中位置更新程序包括三类：IMSI附着、正常位置更新、周期性位置更新。从信令角度上看，周期性位置更新的信令过程同IMSI附着相似，目的是周期性向网络报告MS的可达性。有了周期性的位置更新，当移动台开机进入盲区的时候，MS就不会向网络进行周期性的位置更新，网络就将此MS标记为隐含关机状态，这时如果有其他的MS呼叫此MS，MSC/VLR就不会对此MS进行呼叫，而是直接告诉主呼的MSC/VLR，被叫MS不在服务区。从而避免了不必要的寻呼过程，节省了资源。2、IMSI附着的信令过程介绍图，首先是MS收到来自基站（BS）的系统消息，其中包含了基站广播的本小区的LAI号，由于这个LAI号同MS中先前存储的LAI号相同。即表示MS上次关机时所处的位置区同现在开机时所处的位置区相同。从而MS开始IMSI附着的信令过程。首先，是MS和BS之间建立RR连接的过程。这个过程我们在（1）MS在RACH随机接入信道上发送CHANNELREQUEST消息；（2）BS收到CHANNELREQUEST消息后，在下行的AGCH接入许可信道上发送IMMEDIATEASSIGNMENT消息，其中包括BS给MS分配的专用控制信道的物理信息。MSBSMSC/VLRBCCHRACHAGCHDCCHSYSTEMINFORMATIONCHANNELREQUESTIMMEDIATEASSIGNMENTLOCATIONUPDATINGREQUESTL2-UAAUTHENTICATIONREQUESTAUTHENTICATIONRESPONSELOCATIONUPDATINGACCEPTRR连接建立请求IMSI附着鉴权过程CHANNELRELEASEL2-DISCCLEARRR连接释放L2-UA图MS进行IMSI附着的信令过程（3）收到IMMEDIATEASSIGNMENT信息，MS的调整到分配的专用信道上，发送SABM帧，其中包含的层3消息为LOCATIONUPDATINGREQUEST，这个消息中包含的参数有：位置更新的类型（可以是正常位置更新、IMSI附着或者周期性位置更新，则这里位置更新类型就是IMSI附着）；MS所在位置域的LAI；MS的IMSI。（4）BS收到包含有LOCATIONUPDATINGREQUEST内容的SABM帧后，所做的操作：①向MS回发SABM的响应UA帧，UA帧的内容同SABM中的内容完成相同，MS收到内容与SABM完全相同的UA帧后，则MS的数据链路层进入证实传递模式②BS将LOCATIONUPDATINGREQUEST消息转发给MSC/VLR。因为MM层的程序执行是由MSC/VLR完成的。（5）MSC/VLR收到LOCATIONUPDATINGREQUEST消息，则要进行位置更新程序。则位置更新程序之前，要进行MM层的一个公共程序，也就是鉴权程序，鉴权程序的目的是确认移动台通过空中接口传送的IMSI是否为合法的签约IMSI，即鉴别用户SIM卡的真实性，防止无权用户接入网络。在每次位置登记，呼叫（主呼与被呼）建立，或执行某些补充业务的登记、删除前均需要鉴权。鉴权的执行过程如下：MSC/VLR向MS发送鉴权请求消息AUTHENTICATIONREQUEST。在MSC/VLR中存储了来自AUC鉴权中心的用户三参数组（RAND、SRES、Kc）。SRES是由随机数RAND和密钥Ki通过A3算法得到的符号响应。MSC/VLR通过鉴权请求消息将随机数RAND发送给MS。MS的SIM卡中也存储有密钥Ki和A3算法的程序。因此MS收到RAND后，让随机数RAND和密钥Ki通过A3算法得到符号响应SRES’，并且将SRES’通过鉴权响应消息AUTHENTICATIONRESPONSE发送给MSC/VLR。MSC/VLR比较SRES和SRES’。若两者相同，则表示MS是合法的用户，鉴权成功；否则鉴权失败，向MS发送LOCATIONUPDATINGREJECT消息。为了保证空中接口数据的安全性，网络还可以在鉴权之后启动加密程序。在加密模式下，空中接口上的数据首先都要进行加密，接收端进行相应的解密，但这个过程并不是必须的。由网络运营商设备所决定。（6）鉴权过程完成之后，MSC/VLR对LOCATIONUPDATINGREQUEST消息进行处理。MSC/VLR在其维护的参数列表中寻找同LOCATIONUPDATINGREQUEST消息中包含的IMSI相同的那行记录，将其中“是否附着”这一项标识为“已附着”；并向MS发送LOCATIONUPDATINGACCEPT消息。（7）在LOCATIONUPDATINGACCEPT消息或者LOCATIONUPDATINGREJECT消息发送完毕后，IMSI附着过程完成，开始链路释放的过程。MSC/VLR向BS发送CLEAR消息，BS收到CLEAR消息，则向MS发送CHANNELRELEASE消息。MS收到CHANNELRELEASE消息，则向BS发送数据链路层LAPDm的DISC帧。BS收到DISC帧后，将释放MSC与BS之间的链路；并向MS回送对于DISC帧响应的UA帧。MS收到UA帧后，则进入空闲状态，释放RR连接。至此，整个IMSI附着过程完成。3、MS关机的信令过程介绍图，开始是MS和BS之间进行RR连接的建立过程。之后在MS发向MSC/VLR的SABM帧中就包含消息IMSIDETACHINDICATION。收到这条消息以后，MSC/VLR就将与此MS对应的记录改为“未附着”状态。MSBSMSC/VLRRACHAGCHDCCHCHANNELREQUESTIMMEDIATEASSIGNMENTIMSIDETACHINDICATIONL2-UARR连接建立请求IMSI分离CHANNELRELEASEL2-DISCL2-UACLEARRR连接释放图MS关机的信令过程MSC/VLR维护IMSI的附着与否，作用在于当别的MS呼叫此MS时，MSC/VLR对此MS寻呼之前，先查看是否附着这一位，若已附着则进行正常的寻呼，否则就不进行寻呼，直接告诉对方的MSC/VLR此MS未开机或者不在服务区。五、实验步骤1、通过串行口将实验箱和电脑连接，给实验箱上电。将与实验箱相连的电脑上的学生平台程序打开。在主界面上双击“开机登陆”实验图标，进入此实验界面。2、点击界面上的“初始化”键。看到消息框中出现“初始化”完成。3、点击界面上“查看参数列表”键，观察MS参数列表，可以查看到本MS对应的IMSI。再根据此IMSI去观察MSC/VLR中同本MS的IMSI相同的那条记录，可以看到在“是否附着”一栏中，目前的状态为“未附着”。4、点击界面上的“开机”开机键，观察消息框中显示的开机的信令过程。开机信令过程若正常结束，会弹出对话框“开机过程完成，已经完成IMSI附着，手机处于空闲状态”。这时，再次观察MSC/VLR列表，可以看到同本MS的IMSI相同的那条记录中“是否附着”一栏，目前的状态变为“已附着”。5、到目前为止，正常的开机过程结束，紧接着点击界面上的“关机”键，观察消息框中显示的关机信令过程。关机信令过程若正常结束，会弹出对话框“关机结束”。这时，点击界面上“查看参数列表”键，再次观察MSC/VLR列表，可以看到同本MS的IMSI相同的那条记录中“是否附着”一栏，目前的状态变为“未附着”。6、由于从MS到达MSC/VLR的信令通过了MS和BS之间的无线信道、BS和MSC/VLR之间的有线信道，因此LOCATIONUPDATINGREQUEST消息出错的情况会偶尔出现，若出现这种情况，IMSI附着会失败，信令会显示“LOCATIONUPDATINGREJECT”；IMSI附着失败的信令结束后，会弹出对话框：IMSI附着失败，可按“开机”键重新开始。这时，可按动“开机”键重新进行IMSI附着过程。7、以上所有的信令过程我们都是在正常模式下进行的，这时信令交互的速度比较快。为了更清晰的掌握信令的交互过程，我们可以选择界面上的“单步”键。然后按动“初始化”键。这样实验就进入单步执行状态。这时候，需要按动“下一步”按键，相应的信令交互才会出现。这时信令交互的进行由此键控制。从而使学生有充分的时间一边学习实验报告中关于信令交互过程的介绍，一边进行实验。以上正常IMSI附着、关机和的信令过程都可以在单步的情况下再次进行。六、实验报告1、记录开机后正常IMSI附着的信令过程，并阐述MSC/VLR参数列表中的变化情况。2、记录关机的信令过程，并阐述MSC/VLR参数列表中的变化情况。