唐山学院信息系通信工程移动通信指导书实验四.docx
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唐山学院信息系通信工程移动通信指导书实验四
实验一移动系统信令交互实验
一、实验目的
1.了解GSM移动终端开机后接入网络进入工作状态的全过程;
2.掌握GSM移动终端关机离开网络的信令过程。
3.掌握移动台主叫正常接续时的信令流程;
4.掌握移动台被叫正常接续时的信令流程。
二、预备知识
1.GSM移动终端开机搜索网络的过程;
2.GSM移动终端同基站建立RR连接的信令过程;
3.GSM移动终端关机时IMSI分离涉及到的信令;
4.移动台主叫的呼叫建立过程;
5.移动台被叫的信令流程。
三、实验仪器
1.基站一台;
2.移动通信实验箱一台;
3.台式计算机一台;
四、实验原理
1.移动台开机信令
●移动台开机搜索网络的过程
当移动终端MS开机或者从盲区进入覆盖区时,手机将寻找PLMN(公共陆地移动网络)允许的所有频点,搜寻最强的BCCH载频,接收到FCCH信道信息,锁定到一个正确载频频率上。
紧接着,MS开始解码SCH信道上与同步有关的信息。
这时,MS也可以接收BCCH信道上有关小区信息的系统消息了。
MS比较系统消息中所携带的本小区的LAI和手机中所存储的LAI。
如果两者相同,则触发IMSI附着过程。
否则,则触发正常位置更新。
本实验主要进行IMSI附着的信令过程,及其MSC/VLR数据库中对于此MS记录的改变情况。
而正常的位置更新过程将在移动性管理实验中介绍。
GSM网络中位置更新程序包括三类:
IMSI附着、正常位置更新、周期性位置更新。
从信令角度上看,周期性位置更新的信令过程同IMSI附着相似,目的是周期性向网络报告MS的可达性。
有了周期性的位置更新,当移动台开机进入盲区的时候,MS就不会向网络进行周期性的位置更新,网络就将此MS标记为隐含关机状态,这时如果有其他的MS呼叫此MS,MSC/VLR就不会对此MS进行呼叫,而是直接告诉主呼的MSC/VLR,被叫MS不在服务区。
从而避免了不必要的寻呼过程,节省了资源。
●实验步骤:
(1)通过串行口将实验箱和电脑连接,串口工作方式选择开关K404选择“PC-CPU”;
(2)打开基站和实验箱的电源,等待初始化完成。
初始化完成后,先按菜单键,进入实验准备状态;
(3)将与实验箱相连的电脑上的移动系统信令实验平台软件打开,在主界面上点击“移动台开机入网信令”按钮,进入此实验界面;
(4)点击界面上“查看参数列表”键,观察MS参数列表,可以查看到本MS对应的IMSI。
再根据此IMSI去观察MSC/VLR中同本MS的IMSI相同的那条记录,可以看到在“是否附着”一栏中,目前的状态为“未附着”;
(5)实验箱上,按数字键“9”进入系统通信实验,相当于MS开机,液晶屏自动显示本实验箱的号码;
(6)点击界面上的“开机”键,观察消息框中显示的开机的信令过程。
开机信令过程若正常结束,会弹出对话框“开机过程完成,已经完成IMSI附着,手机处于空闲状态”。
这时,再次观察MSC/VLR列表,可以看到同本MS的IMSI相同的那条记录中“是否附着”一栏,目前的状态变为“已附着”;
(7)到目前为止,正常的开机过程结束,点击“退出键”退出开机信令实验。
●开机信令流程图:
2.移动台关机信令
●移动台关机工作过程
关机的过程同其他的过程相同,开始是MS和BS之间进行RR连接的建立过程。
之后在MS发向MSC/VLR的SABM帧中就包含消息IMSI DETACH INDICATION。
收到这条消息以后,MSC/VLR就将与此MS对应的记录改为“未附着”状态。
MSC/VLR维护IMSI的附着与否,作用在于当别的MS呼叫此MS时,MSC/VLR对MS寻呼之前,先查看是否附着这一位,若已附着则进行正常的寻呼,否则就不进行寻呼,告诉对方的MSC/VLR此MS未开机或不在服务区。
●关机信令实验步骤
1.通过串行口将实验箱和电脑连接,串口工作方式选择开关K404选择“PC-CPU”;
2.打开基站和实验箱的电源,等待初始化完成。
初始化完成后,先按菜单键,进入实验准备状态;
3.将与实验箱相连的电脑上的移动系统信令实验平台软件打开,在主界面上点击“移动台关机信令”按钮,进入此实验界面;
4.实验箱上,菜单键从系统通信实验中退出,相当于MS关机;
5.观察消息框中显示的关机信令过程。
关机信令过程若正常结束,会弹出对话框“关机结束”。
这时,点击界面上“查看参数列表”键,再次观察MSC/VLR列表,可以看到同本MS的IMSI相同的那条记录中“是否附着”一栏,目前的状态变为“未附着”。
进行以上实验时,每一实验结束后,结合实验原理中的信令流程图认真分析信令流程并做相应的记录。
注意:
以上所有的信令过程我们都是在正常模式下进行的,这时信令交互的速度比较快。
为了更清晰的掌握信令的交互过程,我们可以选择相应界面上的“再次演示”键,这样实验就进入单步执行状态。
这时候,需要按动“下一步”按键,相应的信令交互才会出现。
这时信令交互的进行由此键控制。
从而使学生有充分的时间一边学习实验报告中关于信令交互过程的介绍,一边进行实验。
以上正常IMSI附着、关机的信令过程都可以在单步的情况下再次进行。
●关机信令流程图:
3.移动台主叫信令
●实验原理
处于开机空闲状态的移动台要建立与另一个用户的通信,在用户看来他只要输入被叫用户的号码,再按发送键,移动台就开始启动程序直到电话拨通。
实际上,移动台和网络需要经过许多步骤才能将呼叫建立起来。
以移动台同移动台进行通信为例,就包括主叫移动台和主叫MSC建立信令连接、主叫MSC通过被叫电话号码对被叫用户进行选路,即寻找被叫所处的MSC、被叫MSC寻呼被叫MS并建立信令连接过程等三个过程。
移动通信中移动台主叫时MS和MSC之间的信令过程、以及为了完成通话连接,主叫MSC和被叫MSC之间的信令过程(即七号信令中的部分消息)。
● 主叫信令流程
移动用户做主叫时的信令过程从MS向BTS请求信道开始,到主叫用户TCH指配完成为止。
一般来说,主叫经过几个大的阶段:
接入阶段,鉴权加密阶段,TCH指配阶段,取被叫用户路由信息阶段。
接入阶段主要包括:
信道请求,信道激活,信道激活响应,立即指配,业务请求等几个步骤。
经过这个阶段,手机和BTS(BSC)建立了暂时固定的关系。
鉴权加密阶段主要包括:
鉴权请求,鉴权响应,加密模式命令,加密模式完成,呼叫建立等几个步骤。
经过这个阶段,主叫用户的身份已经得到了确认,网络认为主叫用户是一个合法用户,允许继续处理该呼叫。
取被叫用户路由信息阶段主要包括:
向HLR请求路由信息;HLR向VLR请求漫游号码;VLR回送被叫用户的漫游号码;HLR向MSC回送被叫用户的路由信息(MSRN)。
MSC收到路由信息后,对被叫用户的路由信息进行分析,可以得到被叫用户的局向。
然后进行话路接续。
主叫信令流程根据通信是否正常可分为呼叫建立正常的信令流程、被叫关机的信令流程、被叫号码无效的信令流程、被叫无应答的信令流程。
现在分情况介绍各种情况下的具体信令流程。
(1)呼叫建立正常的信令流程
ⅰISUP INITIAL ADDRESS MESSAGE:
IAM初始化消息是主叫MSC向被叫MSC发送的最早的一条信令。
当主叫MSC查询到被叫MSC的地址后,就向被叫MSC发送IAM消息,此消息中包含主叫号码、被叫号码和业务类型等。
被叫MSC根据这条消息就可以知道主叫的电话号码、以及被寻呼的被叫号码。
根据被叫号码被叫MSC可以在相应的位置区对被叫MS发起寻呼。
ⅱISUP ANSWER COMPLETE MESSAGE:
若被叫MS处于开机空闲状态,被叫MSC顺利寻呼到被叫MS,此次通话能够建立,且被叫MS开始振铃,则被叫MSC向主叫MSC发送ACM地址完成消息,表示被叫MSC接收呼叫。
主叫MSC收到ACM消息后,它的反应是将“提醒”消息发给MS。
ⅲISUP ANSWER MESSAGE消息:
如果被叫MS摘机,被叫MSC会向主叫MSC发回“应答”消息,此时主叫与被叫之间的链路接通,主叫MSC将发给MS一条“连接”消息,MS收到该消息后将停止待命指示,接着向系统返回“连接证实”,当系统收到此消息时,就开始计费。
呼叫建立过程完毕,双方进入通话阶段。
(2)被叫关机的信令流程
被叫忙或者未开机时的情况:
此情况的信令流程如下所示:
被叫的MSC收到主叫MSC发送来的初始化地址消息ISUP INITIAL ADDRESS后,被叫MSC将根据初始化地址消息中包含的被叫用户的信息进行查询。
如果此时被叫忙或者未开机,则向主叫MSC发送ISUP RELEASE消息,收到此消息的主叫MSC则向主叫MS发送DISCONNECT消息,进行链路的释放。
(3)被叫无应答的信令流程
被叫无应答的情况下的信令流程:
被叫的电话振铃,但是被叫长时间没有应答时的信令流程如图2-7-5所示:
被叫MSC收到主叫MSC发送的初始化地址消息后,寻呼被叫MS并建立和MS之间的信令链路。
若被叫MS振铃,被叫MSC将向主叫MSC发送ISUP ADDRESS COMPLETE地址完成消息。
主叫MSC于是向主叫MS发送Alert消息,实际中,该消息一般由MS翻译成回铃音。
若在一定的时间内,被叫不摘机,被叫MSC将释放MSC和被叫MS之间的链路,并同时向主叫MSC发送ISUP RELEASE消息,主叫MSC收到ISUP RELEASE消息后,也将由网络发起MSC和MS之间的链路释放过程。
●实验步骤
(1)实验准备
ⅰ通过串行口将实验箱1和电脑连接,串口工作方式选择开关K404选择“PC-CPU”;
ⅱ打开基站和实验箱1的电源,等待初始化完成。
初始化完成后,先按菜单键,进入实验准备状态;
ⅲ实验箱1(主叫),按数字键“9”进入系统通信实验,液晶屏自动显示实验箱1的号码;
ⅳ移动台主叫实验需要某一个被叫移动台的配合,在教师的协调下,选择一个作为被叫的实验箱2,并了解此被叫的电话号码;
ⅴ打开作为被叫的实验箱2的电源,等待初始化完成。
初始化完成后,先按菜单键,进入实验准备状态;
ⅵ实验箱2(被叫),按数字键“9”进入系统通信实验,液晶屏自动显示实验箱2的号码。
(2)呼叫建立正常的信令流程
ⅰ将与实验箱1相连的电脑上的移动系统信令实验平台软件打开,在主界面上点击“移动台主叫信令”按钮,进入此实验界面;
ⅱ主叫在实验箱1上输入被叫移动台的电话号码,并按动对话框边的“确认”按键。
主叫移动台开机拨叫被叫号码;
ⅲ由于被叫处于开机空闲状态,很快被叫试验箱电话将振铃,同时显示主叫号码。
被叫振铃后,控制被叫的学生按动被叫实验箱上的“确认”键进行摘机。
此后,主被叫之间的通话链路完全建立,能够进行通话。
主叫学生电脑上的移动系统信令实验平台软件将显示移动台主叫的信令过程;
ⅳ通话结束,主叫主动挂断电话。
主叫学生按动试验箱上的“取消”键,网络将自动进行挂机;
ⅴ点击“退出键”退出主叫信令实验。
(3)被叫关机的信令流程
ⅰ实验箱2(被叫),按“菜单”键退出系统通信实验,相当于被叫关机;
ⅱ将与主叫实验箱1相连的电脑上的移动系统信令实验平台软件打开,在主界面上点击“移动台主叫信令”按钮,进入此实验界面;
ⅲ主叫在实验箱1上输入被叫号码,并按动对话框边的“确认”按键。
主叫试验箱1拨叫被叫号码;
ⅳ之后,主叫学生电脑上的移动系统信令实验平台软件将显示移动台被叫关机的信令过程。
(4)被叫号码无应答的信令流程
ⅰ将与主叫实验箱1相连的电脑上的移动系统信令实验平台软件打开,在主界面上点击“移动台主叫信令”按钮,进入此实验界面;
ⅱ主叫在实验箱1上输入被叫移动台的电话号码,并按动对话框边的“确认”按键。
主叫移动台开机拨叫被叫号码;
ⅲ由于被叫处于开机空闲状态,很快被叫试验箱电话将振铃,同时显示主叫号码。
被叫振铃后,被叫长时间无应答,主叫学生电脑上的移动系统信令实验平台软件将显示被叫无应答时的主叫信令过程;
ⅳ主叫学生按动试验箱上的“取消”键,网络将自动进行挂机。
注意:
以上所有的信令过程我们都是在正常模式下进行的,这时信令交互的速度比较快。
为了更清晰的掌握信令的交互过程,我们可以选择相应界面上的“再次演示”键,这样实验就进入单步执行状态。
这时候,需要按动“下一步”按键,相应的信令交互才会出现。
这时信令交互的进行由此键控制。
从而使学生有充分的时间一边学习实验报告中关于信令交互过程的介绍,一边进行实验。
●信令流程图
(1)呼叫建立正常流程图
(2)被叫关机流程图
(3)被叫无应答流程图
3. 被叫信令
●实验原理
对移动用户来说,被叫的过程从MSC向BSC发起对被叫用户的寻呼开始,到主叫和被叫通话为止。
一般来说,被叫流程经过几个大的阶段:
接入阶段,鉴权加密阶段,TCH指配阶段,通话阶段。
接入阶段主要包括:
手机收到BTS的寻呼命令后,信道请求,信道激活,信道激活响应,立即指配,寻呼响应。
经过这个阶段,手机和BTS(BSC)建立了暂时固定的关系。
鉴权加密阶段主要包括:
鉴权请求,鉴权响应,加密模式命令,加密模式完成,呼叫建立。
经过这个阶段,被叫用户的身份已经得到了确认,网络认为被叫用户是一个合法用户。
TCH指配阶段主要包括:
指配命令,指配完成。
经过这个阶段,被叫用户的话音信道已经确定,被叫振铃,主叫听回铃音。
如果这时被叫用户摘机,主被叫用户进入通话状态。
●实验步骤
ⅰ将与实验箱1相连的电脑上的移动系统信令实验平台软件打开,在主界面上点击“移动台被叫信令”按钮,进入此实验界面;
ⅱ主叫在实验箱2上输入被叫移动台的电话号码,并按动对话框边的“确认”按键。
主叫移动台开机拨叫被叫号码;
ⅲ由于被叫处于开机空闲状态,很快被叫试验箱电话将振铃,同时显示主叫号码。
被叫振铃后,被叫的学生按动被叫实验箱上的“确认”键进行摘机。
此后,主被叫之间的通话链路完全建立,能够进行通话。
被叫学生电脑上的移动系统信令实验平台软件将显示移动台被叫的信令过程。
●信令流程图
五、实验报告
1.记录开机后正常IMSI附着的信令流程
2.记录正常呼叫的过程中,移动台主叫部分的信令流程;
2.记录被叫关机时,移动台主叫部分的信令流程;
3.记录被叫无应答,移动台主叫的信令流程。
4.记录正常呼叫的过程中,移动台被叫部分的信令流程;
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