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1、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
2、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
3、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
4、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
5、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
6、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 REL
7、OCATION COMPLETE消息。此后释放信道，VLR内位置更新结束。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
8、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
9、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_C
10、ANCEL_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。MSBS新 MSC/VLRPVLRHLRSYSTEM INFORMA
11、TIONCHANNEL REQUEST.IMMEDIATE ASSIGNMENTTING REQUESTLOCATION UPDAMAP_SEND_IDENTIFICATIONMAP_SEND_IDENTIFICATION ACKL2-UAAUTHENTICATIONAUTHENTICATIONREQUESTRESPONSERP_CANCEL_LOCATIONMAP-UPDATE-LOCATIONMAP_CANCEL_LOCATIONACKh.MAP_INSERT_SUBSCRIBER DATAMAP_INSERT_SUBSCRIBER_DATA ACKLOCATION UPDATING AC
12、CEPTMAP_UPDATE_LOCATIONACKTMSI RELOCATICN COMPLETE-CHANNEL RELEASEL2-DISCL2-UA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
13、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
14、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。下面介绍一下每张状态表中包含的内容。MS参数状态表中在实际系统中相 当于MS的SIM卡中记录的关于此MS的信息，包含本MS的IMSI、目前由网络分 配的TMSI、目前MS所处的位置区的LAI、更新状态等。MS的IMSI是在运营商 进行开户时，唯一的分配给MS的，它存储在S
15、IM卡中。更新状态是表示MS在新 的位置区是否进行了成功的位置更新。BS的参数状态表，这张状态表只有一个 参数LAI，这个参数表示目前MS所处的小区对应的LAI号。这个参数在小区的 系统消息中不断地向小区中的所有MS广播的o MSC/VLR参数状态表中包含IMSI、 TMSI和LAI三项。在实际的MSC/VLR的VLR数据库中会保存所有处于此MSC控 制之下的MS的位置信息及其参数。当然IMSI、TMSI和LAI三项是VLR数据库每 条记录的基本内容，实际的VLR数据库还会包含更多的参数，我们在这里做了简 化。MSC/VLR参数状态表中的一条记录就对应于一个处于此MSC控制范围内的一 个MS的
16、参数。本实验中有两张MSC/VLR参数状态表，原MSC/VLR参数状态表和 新MSC/VLR参数状态表。在VLR内位置更新时，只有原MSC/VLR参数状态表有效。 在跨VLR位置更新时，这两种表都有效，因为跨VLR的位置更新，MS从一个 MSC/VLR控制区漫游进入了另一个新的MSC/VLR控制区，所以在位置更新的过程 中，原MSC/VLR和新MSC/VLR维护的参数都会发生改变HLR参数列表中包含IMSI 和MSC/VLR识别码，表中的一条记录就对应一个在此HLR进行开户登记的MS的 位置参数。包括此MS的IMSI，此MS目前所处的MSC/VLR的识别码。当然实际 的HLR数据库中还会记录更
17、多的MS的参数，比如用于鉴权的三参数等。本实验 中重要的内容之一就是观察位置更新前后这些参数状态表的变化情况。四、实验步骤1、通过串行口将实验箱和电脑连接，给实验箱上电。将与实验箱相连的电脑上 的学生平台程序打开。在主界面上双击“移动性管理”实验图标，进入此实验界 面。2、选择界面上“位置更新模式”为“内部”进行VLR内位置更新实验。点击界 面上的“初始化”键。看到消息框中出现“初始化”完成。3、点击界面上“查看参数列表”键，观察MS参数状态表、MSC/VLR参数状态表、 HLR参数状态表。记录MS参数状态表的内容，并根据此MS的IMSI作为索引， 在VLR参数状态表、HLR参数状态表中寻找与
18、本IMSI对应的一行记录，并记录 下来。4、点击界面上的“位置更新”键，观察消息框中显示的VLR内位置更新信令过 程。位置更新过程若正常结束，会弹出对话框“位置更新过程结束”。5、点击界面上“查看参数列表”键，再次观察MS参数状态表、MSC/VLR参数状 态表、HLR参数状态表。对比之前记录的参数状态表，可以发现MS的TMSI和LAI 都改变了，即MS所在的位置区改变了，但由于这两个位置区同处于一个MSC/VLR 的控制，因此HLR参数状态表中MSC/VLR识别码没有发生改变。VLR内位置更新 实验结束，若想重复以上过程，可以选择“VLR内”、“单步”标识，再按动“初 始化”键，进入单步VLR
19、内位置更新过程。点击“位置更新”键，并按动“下一 步”键，信令过程可单步执行。6、VLR内位置更新过程结束后，可进行跨VLR位置更新过程。选择界面上的“跨 区”，点击“初始化”键。看到消息框中出现“初始化”完成。这样就可进行跨 VLR的实验。7、点击界面上“查看参数列表”键，观察MS参数状态表、MSC/VLR参数状态表、 漫游MSC/VLR（即MS漫游到的新MSC/VLR）参数状态表、HLR参数状态表。记录 MS参数状态表的内容，并根据此MS的IMSI作为索引，在原MSC/VLR参数状态 表、HLR参数状态表中寻找与本IMSI对应的一行记录，并记录下来。同时观察 漫游MSC/VLR参数状态列表
20、可以看到找不到与此IMSI对应的记录。8、点击“位置更新”键，开始位置更新，信令流程会依次显示在消息框中，当 所有信令流程结束时，点击界面上“查看参数列表”键，观察参数状态表的变化。 可以看到漫游MSC/VLR参数状态表中出现了此MS的记录。HLR中对应于此MS的 记录中MSC/VLR的识别码改变了，MSC/VLR参数状态表中，关于此MS的记录项 已被删除。同时也可以看到原MS参数状态表中的数据也发生了改变。请对这些 参数状态表的改变做相应的记录。9、由于底层通信的误码，可能位置更新过程失败，这时请记录位置更新过程失 败的信令流程，并重新按动“初始化”、“位置更新”键进行实验。五、结果分析与总结移动性管理初始化位置更新单步位置更新单步移动管理更新
