6.3.1 系统网络结构及接口
GSM数字蜂窝通信系统的主要组成部分可分为移动台、基站子系统和网络子系统,如图6.11所示。基站子系统(BSS)由基站收发台(BTS)和基站控制器(BSC)组成;网络子系统由移动交换中心(MSC)和操作维护中心(OMC)以及归属位置寄存器(HLR)、访问位置寄存器(VLR)、鉴权认证中心(AUC)和设备标志寄存器(EIR)等组成。
1.移动台(MS)
移动台是移动网中的用户终端,包括移动设备(ME:Mobile Equipment)和移动用户识别模块SIM卡(Subscriber Identity Module,通常称为SIM卡)。
2.基站系统(BSS: Base Station System)
基站系统(BSS)负责在一定区域内与移动台之间的无线通信。一个BSS包括一个基站控制器(BSC: Base Station Controller)和一个或多个基站收发台(BTS: Base Transceiver Station)两部分组成。
1) 基站收发台(BTS)
BTS是BSS的无线部分,受控于基站控制器BSC,包括无线传输所需要的各种硬件和软件,如发射机、接收机、天线、连接基站控制器的接口电路以及收发台本身所需要的检测和控制装置等。它完成BSC与无线信道之间的转换,实现BTS与MS之间通过空中接口的无线传输及相关的控制功能。
2) 基站控制器(BSC)
BSC是BSS的控制部分,处于基站收发台BTS和移动交换中心MSC之间。一个基站控制器通常控制几个基站收发台,主要功能是进行无线信道管理、实施呼叫和通信链路的建立和拆除,并为本控制区内移动台越区切换进行控制等。
3.网络子系统(NSS: Network SubSystem)
网络子系统主要包含GSM系统的交换功能和用于用户数据与移动性管理、安全性管理所需的数据库功能,它对GSM移动用户之间通信和GSM移动用户与其他通信网用户之间通信起着管理作用。NSS由一系列功能实体构成,各功能实体之间和NSS与BSS之间都通过No.7信令系统互相通信。
(1) 移动交换中心MSC是蜂窝通信网络的核心,如6.2节所述,它为本MSC区域内的移动台提供所有的交换和信令功能。
(2) 网关MSC(GMSC:Gateway MSC)是完成路由功能的MSC,它在MSC之间完成路由功能,并实现移动网与其他网的互连。
(3) 归属位置寄存器HLR是一种用来存储本地用户位置信息的数据库。在移动通信网中,可以设置一个或若干个HLR,这取决于用户数量、设备容量和网络的组织结构等因素。每个用户都必须在某个HLR(相当于该用户的原籍)中登记。登记的内容主要有:
用户信息:如用户号码、移动设备号码等;
位置信息:如用户的漫游号码、VLR号码、MSC号码等,这些信息用于计费和用户漫游时的接续。这样可以保证当呼叫任一个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。
业务信息:用户的终端业务和承载业务信息、业务限制情况、补充业务情况等。
(4) 访问位置寄存器VLR是一个用于存储进入其覆盖区的用户位置信息的数据库。当移动用户漫游到新的MSC控制区时,由该区的VLR来控制。当移动台进入一个新的区域时,首先向该地区的VLR申请登记,VLR要从该用户的HLR中查询,存储其有关的参数,并要给该用户分配一个新的漫游号码(MSRN),然后通知其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。移动用户一旦由一个VLR服务区移动到另一个VLR服务区时,移动用户则重新在新的VLR上登记,原VLR将取消临时记录的该移动用户数据。一般的,一个MSC对应一个VLR,记作MSC/VLR。
(5) 鉴权认证中心AUC与HLR相关联,是为了防止非法用户接入GSM系统而设置的安全措施。AUC可以不断为用户提供一组参数(包括随机数RAND、符号响应SRES和加密键Kc三个参数),该参数组可视为与每个用户相关的数据,在每次呼叫的过程中可以检查系统提供的和用户响应的该组参数是否一致,以此来鉴别用户身份的合法性,从而只允许有权用户接入网络并获得服务。AUC 只与它相关的HLR之间进行通信。
(6) 设备识别寄存器EIR是存储移动台设备参数的数据库,用于对移动设备的鉴别和监视,并拒绝非法移动台入网。
(7) 操作和维护中心(OMC: Operation & Maintenance Center)对全网中每一个设备实体进行监控和操作,实现对GSM网内各种部件的功能监视、状态报告、故障诊断、话务量的统计和计费数据的记录与传递等功能。
4.接口
移动业务的国际漫游要求各个厂家生产的移动设备之间必须能够进行互通。因此,GSM系统在制定技术规范时就对其子系统之间及各功能实体之间的接口和协议作了比较具体的定义,使不同供应商提供的GSM系统基础设备能够符合统一的GSM技术规范而达到互通、组网的目的。
GSM系统的主要接口有A接口、Abis接口和Um接口等。
(1) A接口定义为网络子系统(NSS)与基站子系统(BSS)之间的通信接口,从系统的功能实体来说,就是移动业务交换中心(MSC)与基站控制器(BSC)之间的互连接口,其物理链接通过采用标准的2.048 Mb/s的PCM数字传输链路来实现。此接口传递的信息包括移动台管理、基站管理、移动性管理和接续管理等。
(2) Abis接口定义为基站子系统的两个功能实体基站控制器BSC和基站收发信台(BTS)之间的通信接口,用于BTS与BSC之间的远端互连,物理链接通过采用标准的2.048 Mb/s或64 kb/s的PCM数字传输链路来实现。
(3) Um接口(空中接口)定义为移动台MS与基站收发台BTS之间的通信接口,用于移动台与GSM系统的固定部分之间的互通,其物理链接通过无线方式实现。此接口传递的信息包括无线资源管理,移动性管理和接续管理等。
此外还有网络子系统内部接口,这里只作简单叙述:
B 接口:MSC 和与它相关的VLR 之间的接口;
C 接口:MSC 和HLR 之间的接口;
D 接口:HLR 和VLR 之间的接口;
E 接口:MSC 之间的接口;
G 接口:VLR 之间的接口;
H 接口:HLR 和AUC 之间的接口。
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