GSM开机与移动性管理

计算机与信息技术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本组成员学号姓名实验地点计科楼504 实验时间2014/4/28项目名称GSM开机与移动性管理实验类型验证性一、实验目的1、了解移动通信网络中移动性管理的作用及其实现。

2、掌握VLR内部位置更新的信令过程及其对MSC/VLR参数列表的影响。

3、掌握跨VLR位置更新的信令过程及其对MSC/VLR参数列表、HLR参数列表的影响。

二、实验仪器或设备1、移动通信实验箱一台2、台式计算机一台三、总体设计移动性管理的实验，主要是让学生了解两种位置更新的信令流程以及对应的VLR和HLR参数的改变。

这两种位置更新是VLR内的位置更新和跨VLR的位置更新。

本节将介绍移动通信网中移动性管理的作用；VLR内部位置更新和跨VLR位置更新的原理及其信令流程。

1、移动通信网中移动性管理的作用同固定网络相比，移动通信网络中的用户总是处于不断运动状态的，其位置是不固定的。

当有电话用户要同某移动用户通话时，移动通信网络必须能够知道此移动用户目前的大概位置，从而顺利地寻呼到此用户。

即移动通信网络要始终跟踪移动用户的位置，这项工作就是由移动通信网络中的移动性管理功能块实现的，它是移动网络所特有的。

为了确认移动台（MS）的位置，每个GSM PLMN（GSM公共陆地移动网络）的覆盖区都被分为许多个位置区（LA），一个位置区可以包含一个或多个小区。

一个MSC控制区域可以分为多个位置区，也可以一个MSC控制域就是一个LA。

当移动台由一个位置区移动到另一个位置区时，必须在新的位置区进行登记，也就是说一旦移动台出于某种需要或发现其存储器中的LAI与接收到当前小区的LAI 号发生了变化，就必须通知网络来更改它所存储的移动台的位置信息。

这个过程就是位置更新。

当移动台从一个小区进入另一个小区，如果新旧小区处于同一个位置区，移动台是不需要进行位置更新的。

只有新旧小区不处于同一个位置区的时候，才触发位置更新过程。

用于标识移动台当前所处位置域的标识LAI会存储在目前移动台所处区域的MSC/VLR中的VLR访问位置寄存器数据库中。

当移动台的位置区改变的时候，而且新旧两个位置区是由相同的MSC/VLR控制的时候，进行的就是VLR内部的更新，这时候VLR中有此移动台的记录，接收到移动台的位置更新请求的时候，VLR只是将记录中的LAI项修改成新的位置区的LAI，不需要通知HLR。

以上过程称为VLR内的位置更新过程。

当移动台的位置区改变的时候，若新旧两个位置区处于不同的MSC/VLR控制的时候，进行的位置更新就是跨VLR的位置更新。

比如当移动台从归属交换局（MSC-H）覆盖范围移动到被访交换局（MSC-V ）覆盖范围时，就是通常所说的漫游，这时的位置更新过程就属于跨VLR 的位置更新。

这个更新过程就比较复杂。

新的VLR 通过移动台的IMSI 知道移动台的HLR 地址，新的VLR 将向移动台的HLR 通知移动台的位置改变。

若HLR 检测到MS 在新的VLR 中有权限，将记录新的VLR 号，并向旧VLR （PVLR ）发送消息删除MS 的“位置消息”。

这样HLR 就获得了MS 的最新位置信息。

新的VLR 继续对MS 进行鉴权和TMSI 再分配。

2、VLR 内部位置更新的原理及其信令流程VLR 内部的位置更新是一类最简单的位置更新程序，只在当前所在的VLR 中进行，而不需通知HLR 。

VLR 内部位置更新的信令流程如图5.3所示，从信令的流程可以看出来，它跟前面提到过的IMSI 附着的信令过程非常相似。

首先同样是信令信道的分配过程，之后在初始化过程中，移动台向网络发送SABM 帧中携带LOCATION UPDATING REQUEST 消息，但是这个消息中有一个标识位，表明此次接入需要完成的是“正常位置更新”；且该消息中包含MS 的TMSI 和LAI 号。

若MSC 收到了此报文，则通知VLR 执行位置更新处理。

具体的处理过程是：更新VLR 中对此MS 的记录，存储新的LAI 号码；并根据需要向移动台分配一个新的TMSI 号。

MSC/VLR 向MS 发送LOCATION UPDATING ACCEPT 消息，其中包含新分配的TMSI 号。

MS 收到新的TMSI 号后，向MSC/VLR 发送TMSI RELOCATION COMPLETE 消息。

此后释放信道，VLR 内位置更新结束。

请求位置更新MS BS MSC/VLRCHANNEL REQUEST IMMEDIATE ASSIGNMENT LOCATION UPDATING REQUESTAUTHENTICATION REQUESTAUTHENTICATION RESPONSELOCATION UPDATING ACCEPTCHANNEL RELEASEL2-DISCL2-UA L2-UARR 连接建立鉴权过程RR 连接释放SYSTEM INFORMATION BCCHRACHAGCHDCCH TMSI RELOCATION COMPLETE CLEAR TMSI 重新分配图5.3 VLR 内位置更新信令流程3、跨VLR 位置更新的原理及其信令流程当移动台的位置区改变的时候，若新旧两个位置区处于不同的MSC/VLR 控制的时候，进行的位置更新就是跨VLR 的位置更新。

跨VLR 位置更新的信令流程如图5.4所示。

若移动台进入一个小区后发现所存储的LAI 号与当前的LAI 号不一致，则将其旧的LAI 号和存储的TMSI 号在LOCATION UPDATING REQUEST 消息中通过MSC 发送给VLR 。

MSC 收到MS 发送的LOCATION UPDATING REQUEST 消息后，就要求VLR 根据LOCATION UPDATING REQUEST 消息中的参数来进行位置更新的操作。

由于是跨VLR 位置更新，新的VLR 数据库中没有关于此MS 对应的TMSI 的记录，而这时新的VLR 需要得到此MS 的IMSI 和鉴权参数，目的有两个，一个是利用IMSI 向此MS 的HLR 进行位置更新操作；另一个是要对MS 进行鉴权。

信令流程图中PVLR 表示以前MS 所在区域的VLR 。

新的VLR 从PVLR 处得到IMSI 和鉴权参数的操作如下：VLR 根据旧的TMSI 和LAI 号码导出前一个VLR （PVLR ）的地址，并向PVLR 发送消息“MAP SEND IDENTIFICATION ”消息。

PVLR 就会向新的VLR 回发有关移动台的IMSI 和鉴权参数。

这些内容是包含在消息“MAP_SEND_IDENTIFICATION ACK ”中。

至此，新的VLR 就得到了MS 的IMSI ，接着要进行HLR 位置更新过程了。

操作如下：新的VLR 向MS 的HLR 发出位置更新的消息“MAP_UPDATE_LACATION ”，在此位置消息中，有MS 的标识和相关信息以便HLR 查询数据和建立路径，HLR 收到此消息后，如果新的MSC/VLR 有正常的业务权限，则HLR 将存储当前的VLR 号码，并向PVLR 中发出“删除位置”消息（MAP_CANCEL_LACATION ）。

PVLR 收到“删除位置消息”后将删除该MS 的所有信息，并向HLR 发回“删除位置确认”（MAP_CANCEL_LACATION_ACK ）。

在新的VLR 侧完成鉴权加密后，HLR 通过发起“插入用户数据”的消息（MAP_INSERT_SUBSCRIBER_DATA ）的报文，将向该VLR 提供它所需的用户信息，其中包括鉴权参数等信息。

当HLR 收到VLR 的响应时，则向该VLR 发出位置更新确认的消息。

然后，新的MSC/VLR 向MS 发送LOCATION UPDATIN ACCEPT 消息，其中包含由VLR 新分配的TMSI 。

MS 于是向MSC/VLR 回发TMSI RELOCATION COMPLETE 消息。

位置更新结束，释放RR 信道。

MS BS新MSC/VLR CHANNEL REQUESTIMMEDIATE ASSIGNMENTLOCATION UPDATING REQUEST SYSTEM INFORMATIONHLRPVLR MAP-UPDATE-LOCATION MAP_CANCEL_LOCATIONACKMAP_SEND_IDENTIFICATIONMAP_SEND_IDENTIFICATION ACKAUTHENTICATION REQUESTAUTHENTICATION RESPONSE LOCATION UPDATING ACCEPTCHANNEL RELEASEL2-DISCL2-UA L2-UATMSI RELOCATION COMPLETEMAP_INSERT_SUBSCRIBER_DATAMAP_INSERT_SUBSCRIBER_DATA ACKMAP_UPDATE_LOCATION ACK MAP_CANCEL_LOCATION图5.4 跨VLR 位置更新信令流程对于以上的信令过程做两点说明，首先，一般来说VLR的设置总是跟MSC一一对应的，即由一个MSC控制的区域会有一个VLR数据库，其中记录所有目前处在此MSC控制区内的MS的位置情况。

而HLR则是MS开户的时候登记的数据库，无论MS漫游到什么地方，新的VLR都需要向HLR进行位置更新，从而使HLR始终知道MS目前处于哪个MSC/VLR里。

这样做的目的，是方便呼叫一个处于漫游状态的用户。

当要呼叫一个漫游状态的用户的时候，呼叫建立过程中，主叫的MSC/VLR（在固定打移动时，则是GMSC）会根据被叫的手机号码查询被叫用户的HLR，从而得到目前被叫所在的MSC/VLR，从而在主叫的MSC和被叫MSC之间建立有线的链路。

因此，位置更新操作是呼叫能够正常建立的重要前提。

另一个问题是，在信令流程中，可以看到MSC、VLR、HLR之间的信令前有“MAP”的标识，MAP是Mobile Application Part移动应用部分的简称。

GSM网络中，网络子系统中的实体MSC、VLR、HLR、AUC等之间的接口均采用了7号信令系统。

MAP协议属于七号信令协议层的第七层，即应用层。

MAP的主要功能是支持移动用户位置登记、位置删除；用户业务管理、用户参数管理；漫游、越区切换等。

MAP和网络信令结合，支持GSM各项业务和网络功能。

4、本实验涉及到参数状态表的介绍本实验中为了模拟GSM网络的移动性管理的过程，建立并维护了几张参数列表，包括MS参数状态表、BS参数状态表、MSC/VLR参数状态表和HLR参数状态表。