1、簡單分享簡單分享GSMGSM之之電信業(yè)務(wù)、優(yōu)勢、編號鑒權(quán)與加密電信業(yè)務(wù)、優(yōu)勢、編號鑒權(quán)與加密 學(xué)號：1008224072 姓名：張清峰 專業(yè)：通信工程1.1 引言 20世紀(jì)70年代末到80年代初，歐洲經(jīng)歷了無線通信的飛速發(fā)展，每天都有大量用戶加入無線網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積不斷擴大。但由于： （1）使用不同的頻段及不兼容的無線技術(shù)，使用戶無法跨國界漫游。 （2）所有的網(wǎng)容量接近飽和，需尋求解決方法。 （3）對各技術(shù)的有限市場，用戶和基礎(chǔ)設(shè)施上的經(jīng)濟指標(biāo)未達到，用戶數(shù)量的進一步增長將導(dǎo)致設(shè)備成本的提高。使運營商們開始盡力尋找更好的辦法。1982年歐洲26個國家的電信官員在歐洲有點管理委員會的組織下舉行

2、會議，決定建立名為“移動通信特別小組（GSM，Group Special for Mobile）”的組織。 該組織的宗旨：為未來泛歐無線網(wǎng)提供一系列公共標(biāo)準(zhǔn)。由于數(shù)字技術(shù)可以提供更好的頻譜利用率、通信質(zhì)量、業(yè)務(wù)種類及保密性和安全性，并使生產(chǎn)的手機更輕、更小、更便宜，該組織決定將新的標(biāo)準(zhǔn)建立在數(shù)字技術(shù)上。 1991年，隨著第一個系統(tǒng)在Telecom 91展示會上運行，GSM改名為：全球移動通信。 GSM的由來：的由來：1.2 GSM的電信業(yè)務(wù) 基本業(yè)務(wù) 承載業(yè)務(wù) 電信業(yè)務(wù)GSM的電信業(yè)務(wù) 補充業(yè)務(wù) 承載業(yè)務(wù)：主要用于保證用戶在兩個接入點之間傳輸有關(guān)信號所需的帶寬容量，以使用戶之間實時、可靠地傳遞

3、信息（話音、數(shù)據(jù)等等）。 電信業(yè)務(wù)：主要用于提供給用戶足夠的容量，包括終端設(shè)備功能、與其他用戶的電信。 補充業(yè)務(wù)：在承載業(yè)務(wù)和電信業(yè)務(wù)基礎(chǔ)上獲得的，必須與基本業(yè)務(wù)一起使用，不能單獨使用。 下面分別介紹： 承載業(yè)務(wù) 業(yè)務(wù)業(yè)務(wù)內(nèi)容內(nèi)容異步數(shù)據(jù)（3009600）b/s同步數(shù)據(jù)（12009600）b/sPAD接入（3009600）b/s，分組打包和拆包，為GSM用戶接入分組網(wǎng)提供一個異步連接。該業(yè)務(wù)只能由移動臺主叫發(fā)起分組接入（12009600）b/s，為GSM用戶接入分組網(wǎng)提供一個同步連接。該業(yè)務(wù)只能由移動臺主叫發(fā)起話音/數(shù)據(jù)交替在呼叫過程中，提供話音和數(shù)據(jù)交替話音后數(shù)據(jù)先話音連接，而后進入數(shù)據(jù)連接

4、 電信業(yè)務(wù)業(yè)務(wù)業(yè)務(wù)內(nèi)容內(nèi)容話音服務(wù)全速為13kb/s，半速為6.5kb/s。該服務(wù)提供話音信息和話音信號到網(wǎng)絡(luò)的傳輸緊急呼叫緊急電話在一些受限的情況下，更具優(yōu)先權(quán)，一般只提供給移動用戶主叫發(fā)起。短消息服務(wù)（到移動電話終端，MT/PP）短字符消息，小于160個字符，用于消息處理系統(tǒng)提供短消息給移動用戶。短消息服務(wù)（移動電話發(fā)起，MO/PP）短字符消息，小于160個字符，用于移動用戶給消息處理系統(tǒng)提供短消息。短消息傳輸（小區(qū)廣播）短字符消息，小于90個字符，針對小區(qū)范圍內(nèi)的所有移動用戶，一對多服務(wù)自動傳真第3類傳真，自動提供第3類呼叫和被叫模式傳真 補充業(yè)務(wù)業(yè)務(wù)業(yè)務(wù)內(nèi)容內(nèi)容號碼識別主叫號碼顯示、主

5、叫線號碼限制、連接線顯示、限制呼叫服務(wù)前向呼叫無條件轉(zhuǎn)移、移動臺忙時前向呼叫、無應(yīng)答前向呼叫、移動用戶未能達到前向呼叫呼叫完成呼叫保持、呼叫等待多方多方業(yè)務(wù)興趣群體密切用戶群計費計費信息提示、計費費用提示呼叫限制所有呼叫禁止、國際呼叫禁止、除撥向歸屬國家的國際呼出禁出、所有呼入禁止、漫游出歸屬國家呼入禁止無結(jié)構(gòu)化無結(jié)構(gòu)化補充業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)營運者確定限制由營運者確定的不同呼叫/業(yè)務(wù)限制以上就是對以上就是對GSMGSM電信業(yè)務(wù)的電信業(yè)務(wù)的簡單介紹！簡單介紹！接下來分析接下來分析GSMGSM的優(yōu)勢！的優(yōu)勢！ 1.3 GSM較模擬網(wǎng)的優(yōu)勢GSM的新技術(shù)射頻調(diào)制多址方式話音編碼數(shù)字信號處理信道控制加密與鑒權(quán)

6、一、GSM系統(tǒng)在抗瑞利衰落及干擾方面的優(yōu)勢 天線（空間）分集 跳頻 均衡（1）GSM系統(tǒng)具有較為完善的對抗瑞利衰落和符號間干擾的措施。（2）要求干擾保護比低 技術(shù)措施詳述如下：、天線（空間）分集。當(dāng)分集天線間距為（56）m 時，最大可獲得約6dB的分集增益。、跳頻。由于瑞利衰落的衰落谷點隨頻率不同發(fā)生在不同的地點，因此，使載頻在幾個頻率點上變化（跳頻）減少了信息損失，通過復(fù)雜的信息處理過程可重新恢復(fù)全部信息。跳頻只對慢速移動用戶有好處，其增益約為（14）dB，但是，當(dāng)一個基站或小區(qū)只有2個載波時，不能獲得跳頻增益。、均衡。均衡是消除時間色散引起的符號間干擾的有效措施。GSM規(guī)范要求均衡器能處理

7、時延高達15us的反射信號，大約相當(dāng)于傳輸4bit需要的時間。 二、GSM系統(tǒng)與TACS系統(tǒng)的性能比較GSM優(yōu)于TACS的方面提高網(wǎng)絡(luò)容量業(yè)務(wù)種類系統(tǒng)互連安全保密性 具體如下： （1）GSM系統(tǒng)頻率利用率高，系統(tǒng)容量大。下面以10MHz可用頻帶為例進行說明。 對于TACS系統(tǒng)，10MHz共有400個頻道，按7x3復(fù)用方式計算，每個小區(qū)只有18個話音頻道可用。按5%的頻道呼損率和每個用戶忙時話務(wù)量0.027Erl計算，一個3小區(qū)的基站可負(fù)荷13.385x3=40.155Erl的話務(wù)量或可容納1487個用戶。 對于GSM系統(tǒng)，10MHz共有50個載波400個頻道，按4x3 復(fù)用方式計算，每個小區(qū)有

8、31或32個話音信道，一個3小區(qū)的信道可負(fù)荷78.292Erl的話務(wù)量或可容納2899個用戶。如果按照3x3的復(fù)用方式，則每個小區(qū)有42或43個話音信道，一個3小區(qū)的基站可負(fù)荷110.713Erl的話務(wù)量或可容納4100個用戶。以上均按全速率（FR）計算所得結(jié)果，若按半速率，則有： 4x3復(fù)用方式可負(fù)荷177.82Erl的話務(wù)量或可容納6586個用戶；4x3復(fù)用方式可負(fù)荷177.82Erl的話務(wù)量或可容納6586個用戶 （2）GSM系統(tǒng)具有開放的接口和通用的接口標(biāo)準(zhǔn)。 GSM標(biāo)準(zhǔn)以ITU的規(guī)定為基礎(chǔ)，與PSTN、ISDN及BISDN等公眾電信網(wǎng)有完備的互通能力。 （3）GSM系統(tǒng)支持電信業(yè)務(wù)、

9、承載業(yè)務(wù)和補充業(yè)務(wù)。 GSM系統(tǒng)提供的業(yè)務(wù)較TACS系統(tǒng)多，并且具有國際漫游能力。 （4）GSM系統(tǒng)的保密性和安全性大大提高。 由于采用數(shù)字傳輸，因此可以對全部消息進行加密，防 止截聽，使用戶放心使用移動電話。利用用戶識別鑒權(quán) 可以防止無權(quán)用戶使用GSM系統(tǒng)。利用用戶識別保密功能，則可使竊聽者不能確定在無線路徑上使用的是哪一個用戶，以保證用戶識別系統(tǒng)的安全性與保密性。這些都是 GSM很吸引人的優(yōu)勢。 分析完分析完GSMGSM較模擬網(wǎng)的較模擬網(wǎng)的優(yōu)勢優(yōu)勢！ 我們來學(xué)習(xí)其編號、鑒我們來學(xué)習(xí)其編號、鑒權(quán)與加密技術(shù)吧！權(quán)與加密技術(shù)吧！1.4 GSM的編號、鑒權(quán)與加密 一、編號和路由 GSM為每個移動臺

10、分配了多個編號由于標(biāo)識用戶身份、路由識別以及鑒權(quán)、加密等等。如下圖： GSM中不同的編號方式和識別參數(shù) 存儲在移動臺和SIM卡中的信息縮寫全名解釋IMSI國際移動用戶識別碼它是唯一的用戶識別碼，但不是可撥打的號碼TMSI臨時移動用戶識別碼出于安全意圖，用于確保用戶的保密性IMEI國際移動臺設(shè)備識別碼提供設(shè)備識別號，手機終端設(shè)備的唯一識別號網(wǎng)絡(luò)使用的路由信息縮寫全名解釋MSISDN移動用戶ISDN號可撥打的移動用戶電話號MSRN移動用戶漫游號GSM網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部使用，提供被訪問的MSC路由 1、移動用戶ISDN號（MSISDN） MSISDN是用戶為找到GSM用戶所撥打的號碼。公共交換電話網(wǎng)PSTN在

11、MSISDN基礎(chǔ)上將該呼叫路由到關(guān)口MSC（GMSC），GMSC在內(nèi)部一張MSISDN與HLR對應(yīng)的表的基礎(chǔ)上，去對應(yīng)HLR查詢以獲得用戶信息。HLR應(yīng)答有關(guān)移動用戶當(dāng)前所在的MSC身份等特殊信息，并提供一個可到達被叫用戶的號碼。該號碼就是所謂的移動用戶漫游號（MSRN）。MSISDN通常與固定電話網(wǎng)的撥號方案相同。 MSISDN只在網(wǎng)絡(luò)中關(guān)聯(lián)，只在被呼時有用，它只與用戶發(fā) 生作用，提供了用戶可以接受的呼叫的號碼，本質(zhì)上，它是一個目錄號碼，不用于空中接口。MSRN的使用非常嚴(yán)格，它只用在網(wǎng)絡(luò)實體之間，沒有用戶可以訪問它。 MSISDN包含國家代碼（CC）、國家目的代碼（NDC）和用戶號碼（SN

12、）。國家代碼用于識別目的國家并按區(qū)域變化，NDC是用來識別目的網(wǎng)絡(luò)和用戶所屬的地理區(qū)域，SN是讓呼叫者撥號的。 NDC和SN是由國家指定的管理部門管理的。2、國際移動用戶識別碼（IMSI） 在GSM系統(tǒng)中分配給每個移動用戶一個唯一的代碼，在國際上他可以唯一識別每一個獨立的移動用戶。IMSI碼駐留在SIM卡中，用于識別用戶與用戶和用戶與網(wǎng)絡(luò)的預(yù)約關(guān)系，保證不被復(fù)用或盜用。其結(jié)構(gòu)如下： 15位數(shù)字 3位數(shù)字 2位數(shù)字 移動國家號碼 移動網(wǎng)絡(luò)代碼 移動用戶識別碼MCCMNCMSIN 3、移動用戶漫游號（MSRN） 既然移動用戶只屬于其所屬的HLR，那么移動用戶在作為被叫時，主叫用戶也只能根據(jù)被叫號碼

13、找到其所屬的HLR 。但移動用戶具有移動和漫游特性，要完成一次話務(wù)的接續(xù)，知道其HLR是沒有用的，有用的是知道被叫移動用戶所在的MSC/VLR，這樣才能建立一次完整的呼叫。為了解決這個問題，于是有了移動用戶漫游號（MSRN）的概念。其結(jié)構(gòu)如下： 國際移動用戶ISDN號碼 CCSNNDC國內(nèi)有效移動用戶ISDN號碼 中國移動GSM移動通信網(wǎng)技術(shù)體制規(guī)定139后第一位為零的MSISDN號碼為移動用戶漫游號碼，即1390M1M2M3ABC，其中M1M2M3為MSC的號碼，M1M2與MSISDN號碼中的H1H2相同4、臨時移動用戶識別碼（TMSI） TMSI只有本地的有效性，即在VLR控制的區(qū)域有效。

14、一旦移動臺有一個有效的TMSI，它就代替IMSI與網(wǎng)絡(luò)進行通信。這種方案有效的將用戶的身份號與所使用的號碼分開。TMSI總長不超過4個字節(jié)，其格式由運營部門決定。 5、國際以動態(tài)設(shè)備識別碼（IMEI） 國際移動臺設(shè)備識別碼（IMEI）是一個15位的十進制數(shù)字，是唯一地識別一個移動臺設(shè)備的編碼，結(jié)構(gòu)如下：1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 TACSNRSPFAC TAC為型號批準(zhǔn)碼，由歐洲型號認(rèn)證中心分配；FAC為工廠裝配碼，由廠家編碼，表示生產(chǎn)廠家及其裝配；SNR為序列號，由廠家分配，用于識別每個TAC和FAC中的某個設(shè)備；SP是備用碼。 6、位置區(qū)域 無線

15、與有線最主要的不同在于移動性和移動臺當(dāng)前位置的確定。有兩種方法： 、網(wǎng)絡(luò)不需要對移動臺進行跟蹤，不需要確定移動臺當(dāng)前位置，一旦有來呼，全網(wǎng)搜索。 、網(wǎng)絡(luò)對用戶的位置已預(yù)先有了解，呼叫時只在某一位置區(qū)發(fā)起尋呼。 （1）位置識別碼（LAI）和小區(qū)識別碼（CI）。其結(jié)構(gòu)為： 三位數(shù)字 兩位數(shù)字 最大16bit MCC MNC LAC（2）基站識別碼（BSIC）。用于移動臺識別相同載波的不同基站，特別適用于區(qū)別在不同國家的邊界地區(qū)采用相同載波且相鄰的基站。結(jié)構(gòu)為： 3 bit 3 bit NCC BCC NCC為網(wǎng)絡(luò)色碼，識別相鄰的移動通信網(wǎng)。BCC為BTS色碼，識別相同載波的不同基站。 二、鑒權(quán)與加密 1、鑒權(quán) GSM提供了非常嚴(yán)格的加密和鑒權(quán)過程。在GSM中，鑒權(quán)過程是建立在稱為唯一詢問響應(yīng)方案的基礎(chǔ)上的。鑒權(quán)要做的幾件事：它需要由用戶的密鑰（K i）,有鑒權(quán)算法（A3）和一系列的詢問。詢問是指一個由網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的隨機數(shù)與密鑰一起做為A3算法的輸入，將算法的輸出作為響應(yīng)。該輸出被定義為：簽名響應(yīng)（SRES），具體如下圖所示： IS-41.C與GSM的鑒權(quán)過程比較項目主要為： 、密鑰的