GSM系统的网络结构
1.3.2 GSM系统的网络结构
图1-3为GSM 网络结构。GSM 标准定义的GSM 网络由4部分组成:移动台(Mobile Station ,MS )、基站系统(Base Station System ,BSS )、网络交换系统(Network Switching System ,NSS )和操作维护系统(Operations and Maintenance System,OMS )。
1.移动台(MS )
移动台(Mobile Station,MS )是用户端终止无线信道的设备,通过无线空中接口Um 给用户提供接入网络业务的能力。移动台有两部分组成:移动设备(Mobile Equipment ,ME )和用户识别模块(Subscriber Identity Module,SIM )。ME 用于完成语音、数据和控制信号在空中的接收和发送;SIM 用于识别唯一的移动台使用者。SIM 是一张符合GSM 规范的" 智能卡" ,内部包含了与用户有关的、被存储在用户这一方的信息,移动电话上只有装上了SIM 卡才能使用。
2.基站系统(BSS )
基站系统(BSS )提供移动台与移动交换中心(MSC )之间的链路。BSS 由以下3部分组成。
基站控制器(Base Station Controller,BSC ):BSC 可以控制单个或多个BTS ,对所控制的BTS 下的MS 执行切换控制;传递BTS 和MSC 间的话务和信令,连接地面链路和空中接口信道。
基站收发信台(Base Transceiver Station,BTS ):BTS 包含有射频部件,这些射频部件为特定小区提供空中接口,可支持一个或多个小区;提供和移动台(MS )的空中接口链路,能够对移动台和基站进行功率控制。
变码器(Transcoder ,XCDR ):将来自移动交换中心MSC 的语音或数据输出(64 kbps PCM )转换成GSM 规程所规定的格式(16 kbps),以便更有效地通过空中接口在BSS 和移动台之间进行传输(即将64 kbps压缩成16 kbps);反之,可以解压缩。
3.网络交换系统
网络交换系统具有GSM 网络的主要交换功能,还具有用户数据和移动管理所需的数据库。网络交换系统由移动业务交换中心(MSC )、访问位置寄存器(VLR )、归属位置寄存器(HLR )、鉴权中心(AUC )、移动设备识别寄存器(EIR )、互通功能部件(IWF )和回声消除器(EC )等组成。
(1)移动交换中心(MSC )
MSC (Mobile Switching Center )是GSM 网络系统的核心部件,负责完成呼叫处理和交换控制,实现移动用户的寻呼接入、信道分配、呼叫接续、话务量控制、计费和基站管理等功能,还可以完成BSS 和MSC 之间的切换和辅助性的无线资源管理等,并提供连接其他MSC 和其他公用通信网络(如PSTN 和ISDN 等)的链路接口功能。MSC 与其他网络部件协同工作,实现移动用户位置登记、越区切换、自动漫游、用户鉴权和服务类型控制等功能。
(2)归属位置寄存器(HLR )
HLR (Home Location Register)是一种用来存储本地用户信息的数据库,一个HLR 能够控制若干个移动交换区域。在GSM 通信网中,通常设置若干个HLR ,每个用户必须在某个HLR (相当于该用户的原籍)中登记。登记的内容分为两种:一种是永久性的参数,如用户号码、移动设备号码、接入优先等级、预定的业务类型以及保密参数等;另一种是暂时性需要随时更新的参数,即用户当前所处位置的有关参数,即使用户漫游到了HLR 所服务的区域外,HLR 也要登记由该区传送来的位置信息。这样做的目的是保证当呼叫任一不知处于哪一个地区的移动用户时,均可由该移动用户的HLR 获知它当时处于哪一个地区,进而建立起通信链路。
相应地,HLR 存储两类数据:一是用户永久性参数信息,包括MSISDN 、IMSI 、用户类别、Ki 和补充业务等参数;二是暂时性用户信息,包括当前用户的MSC/VLR,用户状态(登记/已取消登记),移动用户的漫游号码。
(3)访问位置寄存器(VLR )
VLR (Visit Location Register )是一种存储来访用户信息的数据库。一个VLR 通常为一个MSC 控制区服务。当移动用户漫游到新的MSC 控制区时,它必须向该地区的VLR 申请登记。VLR 要从该用户的HLR 查询有关的参数,要给该用户分配一个新的漫游号码(MSRN ),并通知其HLR 修改该用户的位置信息,准备为其他用户呼叫此移动用户时提供路由信息。当移动用户由一个VLR 服务区移动到另一个VLR 服务区时,HLR 在修改该用户的位置信息后,还要通知原来的VLR ,删除此移动用户的位置信息。因此,VLR 可看做一个动态的数据库。
VLR 存储的信息有:移动台状态(遇忙/空闲/无应答等)、位置区域识别码(LAI )、临时移动用户识别码(TMSI )和移动台漫游码(MSRN )。
(4)鉴权中心(AUC )
AUC (AUthentication Center )的作用是可靠地识别用户的身份,只允许有权用户接入网络并获得服务。由于要求AUC 必须连续访问和更新系统用户记录,因此,AUC 一般与HLR 处于同一位置。
AUC 产生为确定移动用户身份及对呼叫保密所需的鉴权和加密的3参数分别是:随机码RAND (RANDom number )、符合响应SRES (Signed RESponse )和密钥Kc (Ciphering Key )。
(5)设备识别寄存器(EIR )
EIR (Equipment Identity Register )是存储移动台设备参数的数据库,用于对移动台设备的鉴别和监视,并拒绝非法移动台入网。
EIR 数据库由以下几个国际移动设备识别码(IMEI )表组成:白名单,保存那些已知分配给合法设备的IMEI ;黑名单,保存已挂失或由于某种原因而被拒绝提供业务的移动台的IMEI ;灰名单,保存出现问题(例如,软件故障)的移动台的IMEI ,但这些问题还没有严重到使这些IMEI 进入黑名单的程度。
在我国,基本上没有采用EIR 进行设备识别。
(6)互通功能部件(IWF )
IWF (InterWorking Function )提供使GSM 系统与当前可用的各种形式的公众和专用数据网络的连接。IWF 的基本功能是:完成数据传输过程的速率匹配;协议的匹配。
(7)回声消除器(EC )
EC (Echo Canceller )用于消除移动网和固定网(PSTN )通话时移动网络的回声。对于全部语音链路,在MSC 中,与PSTN 互通部分使用一个EC 。即使在PSTN 连接距离很短时,GSM 固有的系统延迟也会造成不可接收的回声,因此NSS 系统需要对回声进行控制。
4.操作维护系统(OMS )
OMS (Operation and Maintenance System)提供在远程管理和维护GSM 网络的能力。OMS 由网络管理中心(Network Management Center ,NMC )和操作维护中心(Operations and Maintenance Center,OMC )两部分组成。
NMC 总揽整个网络,处于体系结构的最高层,它从整体上管理网络,提供全局性的网络管理,用于长期性规划。
OMC 提供区域性网络管理,用于日常操作,供网络操作员使用,支持的功能有:事件/告警管理、故障管理、性能管理、配置管理和安全管理。