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6.GSM移動臺開機登陸和關機實驗- 移動通信實驗報告 - 下載本文

計算機與信息工程學院驗證性實驗報告

專業:通信工程 年級/班級:2011級 2013—2014學年第二學期 課程名稱 移動通信 指導教師 劉艷芳 本組成員 學號姓名 實驗地點 計科樓503 實驗時間 周一7-8節 項目名稱 移動臺開機登陸和關機實驗 實驗類型 驗證性 一、 實驗目的

1、了解GSM移動終端開機后接入網絡進入工作狀態的全過程; 2、掌握GSM移動終端開機入網位置登記的信令過程; 3、掌握GSM移動終端關機離開網絡的信令過程。

二、 預備知識

1、GSM移動終端開機搜索網絡的過程;

2、GSM移動終端同基站建立RR連接的信令過程; 3、GSM移動終端開機入網時IMSI附著的信令; 4、GSM移動終端關機時IMSI分離涉及到的信令。

三、 實驗儀器

1、移動通信實驗箱 一臺; 2、臺式計算機 一臺;

四、 實驗原理

1、移動臺開機搜索網絡的過程

當移動終端MS開機或者從盲區進入覆蓋區時,手機將尋找PLMN(公共陸地移動網絡)允許的所有頻點,搜尋最強的BCCH載頻,接收到FCCH信道信息,鎖定到一個正確載頻頻率上。緊接著,MS開始解碼SCH信道上與同步有關的信息。這時,MS也可以接收BCCH信道上有關小區信息的系統消息了。MS比較系統消息中所攜帶的本小區的LAI和手機中所存儲的LAI。如果兩者相同,則觸發IMSI附著過程。否則,則觸發正常位置更新。本實驗

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主要進行IMSI附著的信令過程,及其MSC/VLR數據庫中對于此MS記錄的改變情況。而正常的位置更新過程將在移動性管理實驗中介紹。GSM網絡中位置更新程序包括三類:IMSI附著、正常位置更新、周期性位置更新。從信令角度上看,周期性位置更新的信令過程同IMSI附著相似,目的是周期性向網絡報告MS的可達性。有了周期性的位置更新,當移動臺開機進入盲區的時候,MS就不會向網絡進行周期性的位置更新,網絡就將此MS標記為隱含關機狀態,這時如果有其他的MS呼叫此MS,MSC/VLR就不會對此MS進行呼叫,而是直接告訴主呼的MSC/VLR,被叫MS不在服務區。從而避免了不必要的尋呼過程,節省了資源。

2、IMSI附著的信令過程介紹

圖5.2.1-1是MS進行IMSI附著的信令過程。由于IMSI附著是一個由MM層完成的特定程序。MM層消息交互的建立是以RR層連接建立為前提的。信令過程中,首先是MS收到來自基站(BS)的系統消息,其中包含了基站廣播的本小區的LAI號,由于這個LAI號同MS中先前存儲的LAI號相同。即表示MS上次關機時所處的位置區同現在開機時所處的位置區相同。從而MS開始IMSI附著的信令過程。

首先,是MS和BS之間建立RR連接的過程。這個過程我們在4.1.4節中已做了具體的介紹。這里在(1)(2)(3)步中再做簡單的介紹。

(1)MS在RACH隨機接入信道上發送CHANNEL REQUEST消息;

(2)BS收到CHANNEL REQUEST消息后,在下行的AGCH接入許可信道上發送IMMEDIATE ASSIGNMENT 消息,其中包括BS給MS分配的專用控制信道的物理信息。

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MSBSMSC/VLRBCCHRACHAGCHDCCHSYSTEM INFORMATIONCHANNEL REQUESTIMMEDIATE ASSIGNMENTLOCATION UPDATING REQUESTL2-UAAUTHENTICATION REQUESTAUTHENTICATION RESPONSELOCATION UPDATING ACCEPTCHANNEL RELEASEL2-DISCCLEARRR連接釋放請求IMSI附著RR連接建立鑒權過程L2-UA

圖5.2.1-1 MS進行IMSI附著的信令過程

(3)收到IMMEDIATE ASSIGNMENT信息,MS的調整到分配的專用信道上,發送SABM幀,其中包含的層3消息為LOCATION UPDATING REQUEST,這個消息中包含的參數有:位置更新的類型(可以是正常位置更新、IMSI附著或者周期性位置更新,則這里位置更新類型就是IMSI附著);MS所在位置域的LAI;MS的IMSI。

(4)BS收到包含有LOCATION UPDATING REQUEST內容的SABM幀后,所做的操作:①向MS回發SABM的響應UA幀,UA幀的內容同SABM中的內容完成相同,MS收到內容與SABM完全相同的UA幀后,則MS的數據鏈路層進入證實傳遞模式②BS將LOCATION UPDATING REQUEST消息轉發給MSC/VLR。因為MM層的程序執行是由MSC/VLR完成的。

(5)MSC/VLR收到LOCATION UPDATING REQUEST消息,則要進行位置更新程序。則位置更新程序之前,要進行MM層的一個公共程序,也就是鑒權程序,鑒權程序的目的是確認移動臺通過空中接口傳送的IMSI是否為合法的簽約IMSI,即鑒別用戶SIM卡的真實性,防止無權用戶接入網絡。在每次位置登記,呼叫(主呼與被呼)建立,或執行某些補充

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業務的登記、刪除前均需要鑒權。鑒權的執行過程如下:MSC/VLR向MS發送鑒權請求消息AUTHENTICATION REQUEST。在MSC/VLR中存儲了來自AUC鑒權中心的用戶三參數組(RAND、SRES、Kc)。SRES是由隨機數RAND和密鑰Ki通過A3算法得到的符號響應。MSC/VLR通過鑒權請求消息將隨機數RAND發送給MS。MS的SIM卡中也存儲有密鑰Ki和A3算法的程序。因此MS收到RAND后,讓隨機數RAND和密鑰Ki通過A3算法得到符號響應SRES’,并且將SRES’通過鑒權響應消息AUTHENTICATION RESPONSE發送給MSC/VLR。MSC/VLR比較SRES和SRES’。若兩者相同,則表示MS是合法的用戶,鑒權成功;否則鑒權失敗,向MS發送LOCATION UPDATING REJECT消息。為了保證空中接口數據的安全性,網絡還可以在鑒權之后啟動加密程序。在加密模式下,空中接口上的數據首先都要進行加密,接收端進行相應的解密,但這個過程并不是必須的。由網絡運營商設備所決定。

(6)鑒權過程完成之后,MSC/VLR對LOCATION UPDATING REQUEST消息進行處理。MSC/VLR在其維護的參數列表中尋找同LOCATION UPDATING REQUEST消息中包含的IMSI相同的那行記錄,將其中“是否附著”這一項標識為“已附著”;并向MS發送LOCATION UPDATING ACCEPT消息。

(7)在LOCATION UPDATING ACCEPT消息或者LOCATION UPDATING REJECT消息發送完畢后,IMSI附著過程完成,開始鏈路釋放的過程。MSC/VLR向BS發送CLEAR消息,BS收到CLEAR消息,則向MS發送CHANNEL RELEASE消息。MS收到CHANNEL RELEASE消息,則向BS發送數據鏈路層LAPDm的DISC幀。BS收到DISC幀后,將釋放MSC與BS之間的鏈路;并向MS回送對于DISC幀響應的UA幀。MS收到UA幀后,則進入空閑狀態,釋放RR連接。至此,整個IMSI附著過程完成。

3、MS關機的信令過程介紹

圖5.2.1-2是關機的信令過程。關機的過程同其他的過程相同,開始是MS和BS之間進行RR連接的建立過程。之后在MS發向MSC/VLR的SABM幀中就包含消息IMSI DETACH INDICATION。收到這條消息以后,MSC/VLR就將與此MS對應的記錄改為“未附著”狀態。

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MSBSMSC/VLRRACHAGCHDCCHCHANNEL REQUESTIMMEDIATE ASSIGNMENTIMSI DETACH INDICATIONL2-UARR連接建立請求IMSI分離CHANNEL RELEASEL2-DISCL2-UACLEARRR連接釋放

圖5.2.1-2 MS關機的信令過程

MSC/VLR維護IMSI的附著與否,作用在于當別的MS呼叫此MS時,MSC/VLR對此MS尋呼之前,先查看是否附著這一位,若已附著則進行正常的尋呼,否則就不進行尋呼,直接告訴對方的MSC/VLR此MS未開機或者不在服務區。

五、實驗步驟

1、通過串行口將實驗箱和電腦連接,給實驗箱上電。將與實驗箱相連的電腦上的學生平臺程序打開。在主界面上雙擊“開機登陸”實驗圖標,進入此實驗界面。 2、點擊界面上的“初始化”鍵。看到消息框中出現 “初始化”完成。

3、點擊界面上“查看參數列表”鍵,觀察MS參數列表,可以查看到本MS對應的IMSI。再根據此IMSI去觀察MSC/VLR中同本MS的IMSI相同的那條記錄,可以看到在“是否附著”一欄中,目前的狀態為“未附著”。

4、點擊界面上的“開機”開機鍵,觀察消息框中顯示的開機的信令過程。開機信令過程若正常結束,會彈出對話框“開機過程完成,已經完成IMSI附著,手機處于空閑狀態”。這時,再次觀察MSC/VLR列表,可以看到同本MS的IMSI相同的那條記錄中“是否附著”一欄,目前的狀態變為“已附著”。

5、到目前為止,正常的開機過程結束,緊接著點擊界面上的“關機”鍵,觀察消息框中顯

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