6.GSM移动台开机登陆和关机实验 - 移动通信实验报告

计算机与信息工程学院验证性实验报告

专业：通信工程 年级/班级：2011级 2013—2014学年第二学期 课程名称 移动通信 指导教师 刘艳芳 本组成员 学号姓名 实验地点 计科楼503 实验时间 周一7-8节 项目名称 移动台开机登陆和关机实验 实验类型 验证性 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5.2.1-1是MS进行IMSI附着的信令过程。由于IMSI附着是一个由MM层完成的特定程序。MM层消息交互的建立是以RR层连接建立为前提的。信令过程中，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4.1.4节中已做了具体的介绍。这里在（1）（2）（3）步中再做简单的介绍。

（1）MS在RACH随机接入信道上发送CHANNEL REQUEST消息；

（2）BS收到CHANNEL REQUEST消息后，在下行的AGCH接入许可信道上发送IMMEDIATE ASSIGNMENT 消息，其中包括BS给MS分配的专用控制信道的物理信息。

MSBSMSC/VLRBCCHRACHAGCHDCCHSYSTEM INFORMATIONCHANNEL REQUESTIMMEDIATE ASSIGNMENTLOCATION UPDATING REQUESTL2-UAAUTHENTICATION REQUESTAUTHENTICATION RESPONSELOCATION UPDATING ACCEPTCHANNEL RELEASEL2-DISCCLEARRR连接释放请求IMSI附着RR连接建立鉴权过程L2-UA

图5.2.1-1 MS进行IMSI附着的信令过程

（3）收到IMMEDIATE ASSIGNMENT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LOCATION UPDATING REQUEST，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LOCATION UPDATING REQUEST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LOCATION UPDATING REQUEST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LOCATION UPDATING REQUEST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AUTHENTICATION REQUEST。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AUTHENTICATION RESPONSE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LOCATION UPDATING REJECT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LOCATION UPDATING REQUEST消息进行处理。MSC/VLR在其维护的参数列表中寻找同LOCATION UPDATING REQUEST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LOCATION UPDATING ACCEPT消息。

（7）在LOCATION UPDATING ACCEPT消息或者LOCATION UPDATING REJECT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CHANNEL RELEASE消息。MS收到CHANNEL RELEASE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5.2.1-2是关机的信令过程。关机的过程同其他的过程相同，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IMSI DETACH INDICATION。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。