GSM MS開機(jī)附著信令流程的詳細(xì)研究

張揚(yáng)揚(yáng)

摘 要：MS開機(jī)附著過程是GSM技術(shù)的重要內(nèi)容，是相互通信的必備環(huán)節(jié)。文章分析了MS開機(jī)到附著成功的流程，具體包括RR連接建立流程及用戶附著流程涉及的鑒權(quán)、加密、IMSI附著及位置更新過程。同時(shí)，簡(jiǎn)要分析了附著過程的一些異常情況及處理。

關(guān)鍵詞：開機(jī)附著；鑒權(quán)；加密；位置更新

GSM技術(shù)目前仍為通信行業(yè)的主流技術(shù)之一。其中，MS開機(jī)附著過程作為相互通信的首要環(huán)節(jié)，其重要性和必要性是不言而喻的。本文就MS開機(jī)到附著的信令流程展開詳細(xì)分析。

1 流程概述

MS開機(jī)首先進(jìn)行接入層的信令交互，建立RR連接；然后進(jìn)行鑒權(quán)、加密過程；之后，如果MS開機(jī)后處于關(guān)機(jī)前同一位置則進(jìn)行IMSI附著，如圖所示；否則啟動(dòng)位置更新流程。

2 RR連接建立流程

2.1 流程解析

首先MS將在隨機(jī)接入信道（RACH）向BSS發(fā)送信道請(qǐng)求消息，申請(qǐng)一個(gè)專用信道（SDCCH），BSC為其分配相應(yīng)的信道成功后，在接入允許信道（AGCH）中通過立即分配消息通知MS，隨后MS將在為其分配的SDCCH上發(fā)送一個(gè)層三消息—CM業(yè)務(wù)請(qǐng)求消息，這里的消息類型為IMSI附著的位置更新。該消息被BSS透明的傳送至MSC，MSC收到消息后通知VLR處理此次MS的接入業(yè)務(wù)請(qǐng)求。

2.2 層三消息包含的信令參數(shù)

層三消息是無線接口中的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層，這個(gè)業(yè)務(wù)請(qǐng)求中包含以下信息：（1）CM Service Type：請(qǐng)求的服務(wù)類型（2）Ciphering Key Sequence Number：加密密鑰序列號(hào)（3）Mobile Station Classmark：移動(dòng)手機(jī)類型，包含加密算法等信息（4）當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)，位置區(qū)和小區(qū)的識(shí)別消息。

3 鑒權(quán)、加密流程

3.1 鑒權(quán)、加密過程解析

收到業(yè)務(wù)接入請(qǐng)求后，VLR首先查看數(shù)據(jù)庫中該MS是否有鑒權(quán)三參組，三參組分別是rand（隨機(jī)數(shù)）、sres（符號(hào)響應(yīng)）、kc（密鑰）。如果有，將直接向MSC下發(fā)鑒權(quán)命令，否則，向相應(yīng)的HLR/AUC請(qǐng)求鑒權(quán)參數(shù)，得到三參組，再向MSC下發(fā)鑒權(quán)命令。MSC收到鑒權(quán)命令后，通過BSS向MS下發(fā)鑒權(quán)請(qǐng)求，在該命令中含有鑒權(quán)參數(shù)，MS收到鑒權(quán)請(qǐng)求后，利用SIM卡中的Ki（IMSI）和鑒權(quán)算法，得出鑒權(quán)結(jié)果，通過鑒權(quán)響應(yīng)消息送達(dá)MSC/VLR，由VLR核對(duì)MS上報(bào)的鑒權(quán)結(jié)果和從HLR取得的鑒權(quán)參數(shù)中的結(jié)果，如果二者不一致，拒絕此次接入請(qǐng)求；如果一致則鑒權(quán)通過。鑒權(quán)通過后，MSC/VLR將向MS下發(fā)加密命令，該命令內(nèi)含加密模式，MS收到此命令并完成加密后，回送加密完成消息，之后的消息將加密后才在空中接口傳送。

3.2 鑒權(quán)、加密相關(guān)參數(shù)

SIM卡中有四個(gè)與鑒權(quán)和加密相關(guān)的數(shù)據(jù)：鑒權(quán)算法A3、加密序列算法A8、加密算法A5和移動(dòng)用戶個(gè)人鑒權(quán)鍵Ki，在加密命令中，指出了MS支持的A5算法類型。手機(jī)收到網(wǎng)絡(luò)下發(fā)的rand，進(jìn)行如下運(yùn)算：KI（IMSI）+rand+A3--->sres，KI（IMSI）+rand+A8--->kc，手機(jī)再對(duì)加密前的消息M以A5算法進(jìn)行加密運(yùn)算，得出加密后的消息M：M+kc+A5---> M。

4 IMSI附著、位置更新流程

MS開機(jī)后如果處于關(guān)機(jī)前同一位置，流程中位置更新請(qǐng)求消息類型為在VLR中發(fā)生IMSI附著，如果處于關(guān)機(jī)前不同位置，則請(qǐng)求消息類型為普通位置更新。

4.1 IMSI附著流程

（1）MSC收到MS發(fā)來位置更新消息為IMSI可及。（2）MSC將IMSI可及信息再發(fā)送給VLR，VLR將IMSI不可及標(biāo)記更新為IMSI可及。（3）VLR反饋MSC可及信息信號(hào)。（4）MSC再將反饋信號(hào)發(fā)給MS。

4.2 位置更新流程及參數(shù)

MS開機(jī)后處于關(guān)機(jī)前不同位置時(shí)，MSC收到MS發(fā)來的位置更新消息為普通位置更新，跨MSC的位置更新流程如圖。

位置更新的同時(shí)HLR向VLR下載用戶數(shù)據(jù)，包括CAMEL用戶數(shù)據(jù)，GPRS用戶數(shù)據(jù)，ODB數(shù)據(jù)，補(bǔ)充業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。

5 異常情況分析

（1）RR連接建立時(shí)失敗，對(duì)于無線側(cè)，盡量減少SDCCH擁塞。（2）非法用戶在鑒權(quán)時(shí)失敗，原因?yàn)镾IM卡內(nèi)的KI值與HLR開戶的KI值不一致。（3）位置更新不成功的用戶，不能成功附著。導(dǎo)致位置更新失敗的原因很多，必要時(shí)啟動(dòng)信令消息跟蹤，查找失敗原因，解決存在的問題。

6 結(jié)束語

開機(jī)附著流程作為正常通信的首要環(huán)節(jié)，起著十分重要的作用。在提高無線網(wǎng)絡(luò)利用率的基礎(chǔ)上，保證局?jǐn)?shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性，從網(wǎng)絡(luò)保障方面減少異常情況的發(fā)生，提高開機(jī)附著成功率。

[參考文獻(xiàn)]

[1]王文博.移動(dòng)通信原理與系統(tǒng).北京郵電大學(xué)出版社第2版.

[2]張建斌.GSM原理及其網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化.機(jī)械工業(yè)出版社第2版.

[3]蔡躍明.現(xiàn)代移動(dòng)通信.機(jī)械工業(yè)出版社第2版.

[4]曹達(dá)仲.移動(dòng)通信原理、系統(tǒng)及技術(shù).清華大學(xué)出版社（2011-10）.

[5]Lawrence Harte.introduction to GSM，Phoenix Global Support（2011-6）.