一、概 述
在移動(dòng)網(wǎng)中，為了建立一個(gè)呼叫連接需要解決三個(gè)問題：
①用戶所在的位置；
②用戶識(shí)別；
③用戶所需提供的業(yè)務(wù)
二、位置更新
位置更新目的是使移動(dòng)臺(tái)總與網(wǎng)絡(luò)保持聯(lián)系，以便移動(dòng)臺(tái)在網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)的任何地方都能接入到網(wǎng)絡(luò)內(nèi)。
gsm系統(tǒng)的位置更新包括三個(gè)方面的內(nèi)容：第一，移動(dòng)臺(tái)的位置登記；第二，當(dāng)移動(dòng)臺(tái)從一個(gè)位置區(qū)域進(jìn)入一個(gè)新的位置區(qū)域時(shí)，移動(dòng)系統(tǒng)所進(jìn)行的是通常意義下的位置更新；第三，在一定的特定時(shí)間內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)與移動(dòng)臺(tái)沒有發(fā)生聯(lián)系時(shí)，移動(dòng)臺(tái)自動(dòng)地、周期性地（以網(wǎng)絡(luò)在廣播信道發(fā)給移動(dòng)臺(tái)的特定時(shí)間為周期）與網(wǎng)絡(luò)取得聯(lián)系，核對(duì)數(shù)據(jù)。
1、位置更新請(qǐng)求過程
通常移動(dòng)用戶處于開機(jī)空閑狀態(tài)時(shí)，被鎖定在所在小區(qū)的廣播信道（bcch）載頻上。
2、移動(dòng)用戶位置更新涉及了兩個(gè)vlr的位置更新過程
（1）網(wǎng)絡(luò)端接收到請(qǐng)求信息后便將移動(dòng)臺(tái)注冊(cè)到一個(gè)新的vlr區(qū)域
（2）用戶的歸屬寄存器hlr與新的vlr交換數(shù)據(jù)得到移動(dòng)用戶的新位置信息
（3）hlr通知移動(dòng)臺(tái)所屬的舊的vlr刪除用戶有關(guān)信息
圖1 位置更新過程
3、移動(dòng)用戶的周期位置更新
解決問題：網(wǎng)絡(luò)在特定時(shí)間未能收到來自移動(dòng)臺(tái)的任何信息。
方法：系統(tǒng)采取強(qiáng)制登記措施，要求移動(dòng)臺(tái)每隔一定時(shí)間便向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送一次位置更新請(qǐng)求消息。如果在特定時(shí)間內(nèi)網(wǎng)絡(luò)接收不到某用戶的周期位置更新消息，則對(duì)該其做去“附著”處理
三、呼叫建立過程
1、移動(dòng)臺(tái)的被呼過程
以固定網(wǎng)pstn呼叫移動(dòng)用戶為例，移動(dòng)臺(tái)的被呼過程如下：
①固定網(wǎng)的用戶撥打移動(dòng)用戶的電話號(hào)碼msisdn
②pstn交換機(jī)分析msisdn號(hào)碼
③gmsc分析msisdn號(hào)碼
④hlr分析由gmsc發(fā)來的信息
⑤hlr查詢當(dāng)前為被呼移動(dòng)用戶服務(wù)的msc/vlr
⑥由正在服務(wù)于被呼用戶的msc/vlr得到呼叫的路由信息
⑦msc/vlr將呼叫的路由信息傳送給hlr
⑧gmsc接收包含msrn的路由信息
2、呼叫時(shí)移動(dòng)用戶所用的號(hào)碼：國際移動(dòng)用戶識(shí)別碼(imsi)，移動(dòng)用戶 isdn 號(hào)碼 (msisdn)，移動(dòng)用戶漫游號(hào)碼 (msrn)，臨時(shí)移動(dòng)用戶識(shí)別碼(tmsi)。
（1）msisdn——移動(dòng)用戶的國際isdn號(hào)碼
號(hào)碼結(jié)構(gòu)為 ：
圖2 msisdn的號(hào)碼結(jié)構(gòu)
cc為國家代碼，我國為86
ndc數(shù)字蜂窩移動(dòng)業(yè)務(wù)接入號(hào)
13s(s＝9、8、7、6、5移動(dòng)通信公司）
sn（移動(dòng)用戶號(hào)）：abcd。由各hlr自行分配
（2）imsi——國際移動(dòng)用戶識(shí)別碼：它是移動(dòng)用戶的唯一識(shí)別號(hào)碼，為15位數(shù)字的號(hào)碼，其結(jié)構(gòu)如圖3 。
圖3 imsi的號(hào)碼結(jié)構(gòu)
① mcc(移動(dòng)國家號(hào)碼)：由3位數(shù)字組成，唯一地識(shí)別移動(dòng)用戶所屬的國家。
② mnc(移動(dòng)網(wǎng)號(hào))：識(shí)別移動(dòng)用戶所歸屬的移動(dòng)網(wǎng)。
③ msin(移動(dòng)用戶識(shí)別碼)由10位數(shù)字組成
（3）msrn——漫游號(hào)碼
正在服務(wù)于被呼用戶的msc/vlr產(chǎn)生一個(gè)移動(dòng)臺(tái)漫游號(hào)碼msrn。
結(jié)構(gòu)1： 13s 00 m1m2m3 abc。（m1m2m3為msc/vlr號(hào)碼，
s為9、7、6、5或1和0）
結(jié)構(gòu)2： 1354 s m0m1m2 abc。（s m0m1m2為msc/vlr號(hào)碼）
3、尋呼過程
（1）劃分位置區(qū)la (location area)
將msc/vlr的業(yè)務(wù)區(qū)域劃分成若干較小的區(qū)域，并由msc/vlr管理，以減小搜索被叫用戶的工作量，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)知道了被叫用戶所在的位置區(qū)后，便在此位置區(qū)內(nèi)啟動(dòng)一個(gè)尋呼過程。
（2）將尋呼消息經(jīng)基站通過尋呼信道pch發(fā)送出去
（3）位置區(qū)內(nèi)某小區(qū)pch上空閑的移動(dòng)用戶接到尋呼信息，識(shí)別出imsi碼，便發(fā)出尋呼響應(yīng)消息給網(wǎng)絡(luò)。
（4）網(wǎng)絡(luò)接到尋呼響應(yīng)后，為用戶分配一業(yè)務(wù)信道，建立始呼和被呼的連接，完成一次呼叫。
（5）當(dāng)網(wǎng)絡(luò)確定了被叫用戶所在的位置區(qū)域后，便在此位置區(qū)內(nèi)啟動(dòng)一個(gè)尋呼過程。圖4示出了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行尋呼過程的簡單步驟。
圖4 呼叫建立的簡單步驟
移動(dòng)臺(tái)的始呼過程
① 移動(dòng)用戶通過隨機(jī)接入信道（rach）向系統(tǒng)發(fā)送接入請(qǐng)求消息。
② msc/vlr分配給用戶一專用信道，查看主呼用戶的類別并標(biāo)記此主叫用戶示忙。
③ 若系統(tǒng)允許該主呼用戶接入網(wǎng)絡(luò)，則msc/vlr發(fā)證實(shí)接入請(qǐng)求消息
④ 主叫用戶發(fā)起呼叫。
⑤ 如果被呼叫用戶是固定用戶，則系統(tǒng)直接將被呼用戶號(hào)碼經(jīng)固定網(wǎng)（pstn）路由至目的地。
⑥ 如果被呼號(hào)是同網(wǎng)中的其他移動(dòng)臺(tái)，則msc以類似從固定網(wǎng)發(fā)起呼叫處理方式，進(jìn)行hlr的請(qǐng)求過程，轉(zhuǎn)接被呼用戶的移動(dòng)交換機(jī)。
⑦ 一旦接通被呼用戶的鏈路準(zhǔn)備好，網(wǎng)絡(luò)便向主呼用戶發(fā)出呼叫建立證實(shí)，并給它分配專用業(yè)務(wù)信道tch。
⑧ 主呼用戶等候被呼用戶響應(yīng)證實(shí)信號(hào)，這時(shí)完成移動(dòng)用戶主呼的過程 。
始呼建立過程圖5示出。
圖5 移動(dòng)臺(tái)發(fā)起呼叫過程
四、越區(qū)切換與漫游
1、越區(qū)切換的定義
切換（handover）：將正處于通話狀態(tài)的ms轉(zhuǎn)移到新的業(yè)務(wù)信道上（新的小區(qū)）的過程。
目的： 保證通信的連續(xù)性
通常有以下兩個(gè)原因引起切換：
（1）信號(hào)強(qiáng)度或質(zhì)量下降到門限以下，此時(shí)移動(dòng)臺(tái)被切換到信號(hào)強(qiáng)度較強(qiáng)的相鄰小區(qū)，這是由移動(dòng)臺(tái)發(fā)起的。
（2）由于某小區(qū)業(yè)務(wù)信道容量全被占用或幾乎全被占用，這時(shí)移動(dòng)臺(tái)被切換到業(yè)務(wù)信道容量較空閑的相鄰小區(qū)，這是由由上級(jí)實(shí)體發(fā)起。
2、越區(qū)切換的策略
移動(dòng)臺(tái)與基站均參與測量接受信號(hào)的強(qiáng)度（rssi）和質(zhì)量（ber），移動(dòng)臺(tái)對(duì)不同基站rssi進(jìn)行測量，將測量結(jié)果報(bào)告給基站（兩次/秒），基站對(duì)移動(dòng)臺(tái)所占用的業(yè)務(wù)信道tch進(jìn)行測量，并報(bào)告給基站控制器bsc，最后由基站控制器決定是否需要切換。有三個(gè)反映信道鏈路的指標(biāo)，見下表：
反映信道鏈路的指標(biāo)
意義
wei （word error indicator）
表明在ms側(cè)當(dāng)前的突發(fā)脈沖是否得到正確解調(diào)
rssi (received signal strength indicator)
反映信道間干擾和噪聲
qi （quality indicator）
在一個(gè)有效窗口內(nèi)用載干比（s/i）加上信噪比來估計(jì)無線信號(hào)質(zhì)量
缺點(diǎn)
克服方法
硬切換
gsm系統(tǒng)固有
乒乓效應(yīng)
正確選擇滯后門限
掉話
滯后門限的設(shè)置不可過大
3、越區(qū)切換的種類
（1）同一bsc內(nèi)不同小區(qū)間的切換
bsc需要建立與新基站之間的鏈路，并在新的小區(qū)基站分配一個(gè)業(yè)務(wù)信道tch。網(wǎng)絡(luò)msc對(duì)這種切換不做控制 。
圖6 同bsc內(nèi)的bts間的切換
（2）同一msc/vlr內(nèi)不同bsc控制的小區(qū)間的切換
這是網(wǎng)絡(luò)參與切換過程，切換過程如圖7。
（1）原bsc向msc請(qǐng)求切換；
（2）建立msc與新的bsc、新的bts的鏈路；
（3）選擇并保留新小區(qū)空閑tch供ms切換后使用；
（4）命令ms切換到新頻率的新的tch上；
（5）切換成功后ms需要了解周圍小區(qū)的信息，若位置區(qū)域發(fā)生了變化，呼叫完成后必須進(jìn)行位置更新 。
圖7 同msc/vlr區(qū)不同bsc切換
（3）不同msc/vlr控制的小區(qū)間的切換
當(dāng)ms從正在為其服務(wù)的原msc的區(qū)域移動(dòng)到目標(biāo)msc的區(qū)域時(shí)，目標(biāo)msc要向原msc提供一路由信息以建立兩個(gè)移動(dòng)交換機(jī)的連接。這個(gè)路由信息是切換號(hào)碼。
切換號(hào)碼（hon，handover number）結(jié)構(gòu)如下
hon=cc+ndc+sn
cc為國家碼
ndc為數(shù)字蜂窩移動(dòng)業(yè)務(wù)接入號(hào)
sn為移動(dòng)用戶號(hào)
不同msc/vlr交換機(jī)之間的切換的具體過程如圖8 。
圖8 不同msc/vlr交換機(jī)之間的切換
五、安全措施
gsm系統(tǒng)主要采取以下安全措施：對(duì)用戶接入網(wǎng)的鑒權(quán)；在無線鏈路上對(duì)有權(quán)用戶信息加密；設(shè)備的識(shí)別；移動(dòng)用戶安全保密。
1、對(duì)用戶接入網(wǎng)的鑒權(quán)
（1）鑒權(quán)原理
鑒權(quán)作用：保護(hù)網(wǎng)絡(luò)，防止非法盜用；保護(hù)用戶，拒絕假冒合法用戶的“入侵”
原理：基于gsm系統(tǒng)定義的鑒權(quán)鍵ki，當(dāng)客戶在網(wǎng)絡(luò)上注冊(cè)登記時(shí)，會(huì)被分配一個(gè)msisdn、一個(gè)imsi及一個(gè)與imsi對(duì)應(yīng)的移動(dòng)用戶鑒權(quán)鍵ki，ki被分別存放在網(wǎng)絡(luò)端的鑒權(quán)中心ac中和移動(dòng)用戶的sim卡中，鑒權(quán)的過程就是在vlr中驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)端和用戶端的ki是否相同。
問題： 用戶將鑒權(quán)鍵ki傳輸給網(wǎng)絡(luò)時(shí)可能被人截獲
解決方法：用鑒權(quán)算法a3產(chǎn)生加密的數(shù)據(jù)即符號(hào)響應(yīng)（sres）
圖9 安全算法所在gsm系統(tǒng)的位置
（2）鑒權(quán)三參數(shù)的產(chǎn)生
在進(jìn)行鑒權(quán)和加密時(shí)，gsm系統(tǒng)要在其鑒權(quán)中心ac產(chǎn)生鑒權(quán)三參數(shù)，即隨機(jī)數(shù)rand、符號(hào)響應(yīng)sres和密鑰kc。
圖10 鑒權(quán)三參數(shù)產(chǎn)生過程
鑒權(quán)的過程
①ac產(chǎn)生鑒權(quán)三參數(shù)后將其傳送給vlr；
②鑒權(quán)開始時(shí)vlr通過bss將rand送給移動(dòng)臺(tái)的sim卡。sim卡中具有與網(wǎng)絡(luò)端相同的ki和a3、a8算法，可產(chǎn)生與網(wǎng)絡(luò)端相同的sres和kc；
③ms將sim卡產(chǎn)生的sres發(fā)給vlr，在vlr中進(jìn)行鑒權(quán)驗(yàn)證；
④因?yàn)閟res是隨機(jī)的，所以在空中傳輸時(shí)是加密的。
圖11 鑒權(quán)過程
2、無線鏈路上有權(quán)用戶通信信息的加密
目的：在空中對(duì)用戶數(shù)據(jù)和信令的保密
過程：
①加密開始時(shí)根據(jù)msc/vlr發(fā)出的加密指令，bts側(cè)和ms側(cè)均開始使用kc。
②ms側(cè)，由kc、tdma幀號(hào)一起經(jīng)a5算法，對(duì)用戶信息數(shù)據(jù)流加密，在無線路徑上傳輸。
③bts側(cè)，把從無線信道上收到的加密信息流、tdma幀號(hào)和kc，再經(jīng)過a5算法解密后，傳送給bsc和msc。
④上述過程反之亦然
3、移動(dòng)設(shè)備的識(shí)別
目的： 確保系統(tǒng)中使用的移動(dòng)設(shè)備不是盜用或非法的設(shè)備
過程：
①msc/vlr向移動(dòng)用戶請(qǐng)求imei（國際移動(dòng)臺(tái)設(shè)備識(shí)別碼）并將imei發(fā)送給eir（設(shè)備識(shí)別寄存器）。
②收到imei后，eir使用所定義的三個(gè)清單：
白名單：包括已分配給參加運(yùn)營者的所有設(shè)備識(shí)別序列號(hào)碼。
黑名單：包括所有被禁止使用的設(shè)備識(shí)別。
灰名單：由運(yùn)營者決定，例如包括有故障的及未經(jīng)型號(hào)認(rèn)證的移動(dòng)設(shè)備。
③將設(shè)備鑒定結(jié)果送給msc/vlr，以決定是否允許入網(wǎng)
4、移動(dòng)用戶的安全保密
（1）用戶的臨時(shí)識(shí)別碼tmsi
目的： 防止非法個(gè)人和團(tuán)體通過監(jiān)聽無線路徑上的信令交換而竊得移動(dòng)用戶的真實(shí)imsi或跟蹤移動(dòng)用戶的位置。
分配者：msc/vlr
更換周期： 由網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營者決定
使用過程：
每當(dāng)ms用imsi向系統(tǒng)請(qǐng)求位置更新、呼叫建立或業(yè)務(wù)激活時(shí)，msc/vlr對(duì)它進(jìn)行鑒權(quán)。允許入網(wǎng)后，msc/vlr產(chǎn)生一個(gè)新tmsi，通過給imsi分配tmsi的信令將其傳送給ms，寫入用戶的sim卡。此后，msc/vlr和ms之間的信令交換就使用tmsi，而用戶的imsi不在無線路徑上傳送。
（2）用戶的個(gè)人身份號(hào)pin
位數(shù)：4～8位
目的：控制對(duì)sim卡的使用
使用過程：
只有pin碼認(rèn)證通過，移動(dòng)設(shè)備才能對(duì)sim卡進(jìn)行存取，讀出相關(guān)數(shù)據(jù)，并可以入網(wǎng)。每次呼叫結(jié)束或移動(dòng)設(shè)備正常關(guān)機(jī)時(shí)，所有的臨時(shí)數(shù)據(jù)都會(huì)從移動(dòng)設(shè)備傳送到sim卡中，再打開移動(dòng)設(shè)備時(shí)要重新進(jìn)行pin碼校驗(yàn)。
錯(cuò)誤輸入處理：
如果輸入不正確的pin碼，用戶可以再連續(xù)輸入兩次；
超過三次不正確，sim卡被阻塞，須到網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商處消阻；
連續(xù)十次不正確輸入時(shí)，sim卡回被永久阻塞，即作廢 。